本發(fā)明涉及分布式能源控制技術領域，尤其是涉及一種多分布式能源站的無中心協(xié)同控制系統(tǒng)及方法。

背景技術：

國際分布式能源聯(lián)盟wade(worldalliancefordecentralizedenergy)對分布式能源定義為：electricityproductionatornearthepointofuse,irrespectiveofsize,technologyorfuelused-bothoff-gridandon-grid(在用戶端或其附近發(fā)電，無論系統(tǒng)的規(guī)模、使用的技術或燃料、離網(wǎng)或者并網(wǎng))。我國將分布式能源定義為安裝在用戶端的高效冷/熱電聯(lián)供系統(tǒng)，系統(tǒng)能夠在消費地點(或附近)發(fā)電，高效利用發(fā)電產生的廢能。分布式能源系統(tǒng)是區(qū)別于傳統(tǒng)的集中式、大型化的能源系統(tǒng)而言的，由于其建立在用戶末端，沒有遠距離的輸送，大大降低了系統(tǒng)的傳輸能耗；且以天然氣作為燃料，具有節(jié)能、環(huán)保、清潔、高效等優(yōu)點。在全球提倡節(jié)能減排的大環(huán)境下，分布式能源系統(tǒng)更凸顯其優(yōu)越性，得到越來越多的重視和越來越廣泛的應用。

當前，分布式能源的運行控制方式通常采用集中式的控制方法，即在每個能源站處設置中央監(jiān)控室，設有一臺或者多臺中央監(jiān)控電腦，采集分布式能源系統(tǒng)的運行數(shù)據(jù)，計算優(yōu)化運行參數(shù)，控制能源站設備的運行。能源站內的每臺機電設備一般設有本地控制，根據(jù)中央監(jiān)控電腦給出的優(yōu)化運行參數(shù)，通過本地控制的局部閉環(huán)控制，調節(jié)設備出力，使得被控參數(shù)達到中央監(jiān)控電腦給定的設定值。顧榮鑫等申請了一種分布式能源控制系統(tǒng)專利《一種分布式能源站的遠程方法及其系統(tǒng)》(申請?zhí)?01510555609.x)，采用scada遠程服務器收集燃氣供應控制子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)信息產生控制指令，對燃氣供應控制子系統(tǒng)和燃氣輪機控制子系統(tǒng)的遠程控制，實質屬于集中式的控制方法。

集中式控制方法存在一些不足之處，即需要分別在中央監(jiān)控電腦和信息點處對每個被控設備、采集數(shù)據(jù)用的傳感器等信息點進行物理地址、邏輯參數(shù)等信息的設置，并且中央監(jiān)控電腦的信息設置必須與信息點的本地設置一致，否則無法實現(xiàn)信息點與中央監(jiān)控電腦之間的信息交互。由于這些繁雜的配置工作只能靠人工手動完成，因此導致能源站控制系統(tǒng)組網(wǎng)過程中工作量大、人工和時間成本高、容易出錯等問題，而且以后升級、改造時，還需要靠人工再次進行配置。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術存在的缺陷而提供一種多分布式能源站的無中心協(xié)同控制系統(tǒng)及方法。

本發(fā)明的目的可以通過以下技術方案來實現(xiàn)：

一種多分布式能源站的無中心協(xié)同控制系統(tǒng)，所述多分布式能源站中，各分布式能源站通過交換機及光纖通信實現(xiàn)數(shù)據(jù)的交換，形成能源站控制網(wǎng)絡，所述無中心協(xié)同控制系統(tǒng)包括設置于各分布式能源站中的一個或多個機電設備控制器、一個或多個智能傳感器和一個或多個智能執(zhí)行器，所述機電設備控制器、智能傳感器、智能執(zhí)行器通過無線路由器與交換機連接，形成無中心和扁平化的對等網(wǎng)絡，其中，

所述機電設備控制器，與被控機電設備連接，作為分布式計算節(jié)點和通信節(jié)點，用于實現(xiàn)被控機電設備的本地控制器與能源站控制網(wǎng)絡間的通信以及通過分布式計算與其它節(jié)點協(xié)同完成優(yōu)化控制計算任務；

所述智能傳感器，作為分布式計算節(jié)點和通信節(jié)點，用于將所測物理量的數(shù)值以通信方式傳遞給能源站控制網(wǎng)絡以及通過分布式計算與其它節(jié)點協(xié)同完成優(yōu)化控制計算任務；

所述智能執(zhí)行器，作為分布式計算節(jié)點和通信節(jié)點，用于將被控機電設備的狀態(tài)以通信方式傳遞給能源站控制網(wǎng)絡、以通信方式接收能源站控制網(wǎng)絡的動作指令并調節(jié)設備動作以及通過分布式計算與其它節(jié)點協(xié)同完成優(yōu)化控制計算任務。

優(yōu)選地，所述被控機電設備包括壓縮式冷水機組、吸收式冷水機組、熱泵、鍋爐、發(fā)電機、光伏發(fā)電裝置、風力發(fā)電裝置、蓄冷蓄熱裝置和蓄電裝置中的一種或多種。

優(yōu)選地，所述智能執(zhí)行器包括閥門開度執(zhí)行器。

優(yōu)選地，還包括一個或多個數(shù)據(jù)備份存儲設備，分別連接機電設備控制器、智能傳感器和智能執(zhí)行器，用于備份各個分布式計算節(jié)點處分布式存儲的數(shù)據(jù)。

優(yōu)選地，所述數(shù)據(jù)備份存儲設備包括硬盤和/或光盤。

優(yōu)選地，還包括與交換機連接的人機交互裝置，用于實現(xiàn)整個無中心協(xié)同控制系統(tǒng)的狀態(tài)查看與運行參數(shù)設置。

優(yōu)選地，所述人機交互裝置包括臺式電腦、筆記本電腦、平板電腦或智能手機。

一種基于所述的無中心協(xié)同控制系統(tǒng)的多分布式能源站的無中心協(xié)同控制方法，該方法建立分布于設定區(qū)域范圍內的多個不同規(guī)模的分布式能源站的無中心自組織控制網(wǎng)絡，以總能耗最小、總能效最高和總費用最小為集成優(yōu)化目標，采用分布式計算方法，獲得最優(yōu)運行參數(shù)，實現(xiàn)各分布式能源站之間的互聯(lián)互濟優(yōu)化運行。

優(yōu)選地，所述最優(yōu)運行參數(shù)在每個優(yōu)化控制時間周期內計算一次。

與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點：

(1)本發(fā)明控制系統(tǒng)在各分布式能源站中設置機電設備控制器、智能傳感器和智能執(zhí)行器，形成無中心和扁平化的對等網(wǎng)絡，可實現(xiàn)多個分布式能源站控制系統(tǒng)的自組網(wǎng)、控制設備的即插即用、基于分布式計算的全局優(yōu)化控制功能，可以實現(xiàn)免人工配置，大大減少人工配置工作量，節(jié)約成本，方便升級和改造；

(2)本發(fā)明設置有數(shù)據(jù)備份存儲設備，采用硬盤、光盤等存儲介質將各個分布式計算節(jié)點處分布式存儲的數(shù)據(jù)備份進行存儲，安全可靠性高；

(3)本發(fā)明可通過人機交互裝置實現(xiàn)系統(tǒng)的狀態(tài)查看與運行參數(shù)設置功能，使用方便；

(4)本發(fā)明控制方法將無中心自組網(wǎng)技術應用于分布式能源的控制中，通過建立多個分布式能源站的無中心自組織控制網(wǎng)絡，實現(xiàn)多能源站之間的互聯(lián)互濟優(yōu)化運行控制；

(5)本發(fā)明控制方法以總能耗最小、總能效最高和總費用最小為集成優(yōu)化目標，使得系統(tǒng)運行于最優(yōu)狀態(tài)。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的控制系統(tǒng)架構圖；

圖2為本發(fā)明的控制邏輯流程圖。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施例對本發(fā)明進行詳細說明。本實施例以本發(fā)明技術方案為前提進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護范圍不限于下述的實施例。

一種多分布式能源站的無中心協(xié)同控制系統(tǒng)，多分布式能源站中，各分布式能源站通過交換機及光纖通信實現(xiàn)數(shù)據(jù)的交換，形成能源站控制網(wǎng)絡，無中心協(xié)同控制系統(tǒng)包括設置于各分布式能源站中的一個或多個機電設備控制器、一個或多個智能傳感器和一個或多個智能執(zhí)行器，機電設備控制器、智能傳感器、智能執(zhí)行器通過無線路由器與交換機連接，形成無中心和扁平化的對等網(wǎng)絡，無線路由器通過以太網(wǎng)與交換機之間進行數(shù)據(jù)傳輸。其中，機電設備控制器，與被控機電設備連接，作為分布式計算節(jié)點和通信節(jié)點，用于實現(xiàn)被控機電設備的本地控制器與能源站控制網(wǎng)絡間的通信以及通過分布式計算與其它節(jié)點協(xié)同完成優(yōu)化控制計算任務；智能傳感器，作為分布式計算節(jié)點和通信節(jié)點，用于將所測物理量的數(shù)值以通信方式傳遞給能源站控制網(wǎng)絡以及通過分布式計算與其它節(jié)點協(xié)同完成優(yōu)化控制計算任務；智能執(zhí)行器，作為分布式計算節(jié)點和通信節(jié)點，用于將被控機電設備的狀態(tài)以通信方式傳遞給能源站控制網(wǎng)絡、以通信方式接收能源站控制網(wǎng)絡的動作指令并調節(jié)設備動作以及通過分布式計算與其它節(jié)點協(xié)同完成優(yōu)化控制計算任務。

所述被控機電設備包括壓縮式冷水機組、吸收式冷水機組、熱泵、鍋爐、發(fā)電機、光伏發(fā)電裝置、風力發(fā)電裝置、蓄冷蓄熱裝置和蓄電裝置中的一種或多種。

如圖1所示為分布式能源站1到分布式能源站n的多個能源站之間以及能源站內部的系統(tǒng)連接關系。本實施例中，機電設備控制器包括冷水機組智能節(jié)點、熱泵智能節(jié)點、鍋爐智能節(jié)點、發(fā)電機組智能節(jié)點、水泵智能節(jié)點、冷卻塔智能節(jié)點和電力并網(wǎng)智能節(jié)點，其中，冷水機組智能節(jié)點通過485總線與冷水機組本地控制器相連，讀取冷水機組的運行參數(shù)，并將控制系統(tǒng)計算出的最優(yōu)冷凍水供水溫度設定值傳遞給冷水機組；熱泵智能節(jié)點通過485總線與熱泵本地控制器相連，讀取熱泵的運行參數(shù)，并將控制系統(tǒng)計算出的最優(yōu)空調熱水供水溫度設定值傳遞給熱泵；鍋爐智能節(jié)點通過485總線與鍋爐本地控制器相連，讀取鍋爐的運行參數(shù)，并將控制系統(tǒng)計算出的最優(yōu)空調熱水供水溫度設定值傳遞給鍋爐；發(fā)電機組智能節(jié)點通過485總線與發(fā)電機組本地控制器相連，讀取發(fā)電機組的運行參數(shù)，并將控制系統(tǒng)計算出的最優(yōu)發(fā)電功率設定值傳遞給發(fā)電機組；水泵智能節(jié)點通過485總線與水泵本地控制器相連，讀取水泵的運行參數(shù)，并將控制系統(tǒng)計算出的最優(yōu)水泵轉速設定值傳遞給水泵；冷卻塔智能節(jié)點通過485總線與冷卻塔本地控制器相連，讀取冷卻塔的運行參數(shù)，并將控制系統(tǒng)計算出的最優(yōu)冷卻塔風機轉速設定值傳遞給冷卻塔；電力并網(wǎng)智能節(jié)點通過485總線與并網(wǎng)控制器相連，讀取電力的運行參數(shù)，并將控制系統(tǒng)計算出的最優(yōu)取電/售電功率設定值傳遞給并網(wǎng)控制器。

本實施例中，智能傳感器包括供水溫度智能傳感器、供水流量智能傳感器、供回水壓差智能傳感器和蓄冷/熱/電量智能傳感器，其中供水溫度智能傳感器響應溫度請求指令，參與計算空調冷熱負荷；供水流量智能傳感器響應流量請求指令，參與計算空調冷熱負荷；供回水壓差智能傳感器響應壓差請求指令，計算并發(fā)出水泵轉速設定值；蓄冷/熱/電量智能傳感器響應蓄冷/熱/電量請求指令，控制蓄/釋冷/熱/電相關設備的啟停。

本實施例中，智能執(zhí)行器包括閥門開度執(zhí)行器，響應閥門開度指令，并發(fā)出閥門狀態(tài)信息，參與控制參數(shù)的調節(jié)和運行工況的切換。

本發(fā)明的另一實施例中，無中心協(xié)同控制系統(tǒng)還包括一個或多個數(shù)據(jù)備份存儲設備，分別連接機電設備控制器、智能傳感器和智能執(zhí)行器，用于備份各個分布式計算節(jié)點處分布式存儲的數(shù)據(jù)。所述數(shù)據(jù)備份存儲設備包括硬盤、光盤等存儲介質，實現(xiàn)分布式存儲，將數(shù)據(jù)存儲于各自本地的智能節(jié)點的存儲空間中。

本發(fā)明的另一實施例中，無中心協(xié)同控制系統(tǒng)還包括與交換機連接的人機交互裝置，用于實現(xiàn)整個無中心協(xié)同控制系統(tǒng)的狀態(tài)查看與運行參數(shù)設置，所述人機交互裝置包括臺式電腦、筆記本電腦、平板電腦或智能手機。

本實施例還提供一種基于所述的無中心協(xié)同控制系統(tǒng)的多分布式能源站的無中心協(xié)同控制方法，該方法建立分布于設定區(qū)域范圍內的多個不同規(guī)模的分布式能源站的無中心自組織控制網(wǎng)絡，以總能耗最小、總能效最高和總費用最小為集成優(yōu)化目標，采用分布式計算方法，獲得最優(yōu)運行參數(shù)，實現(xiàn)各分布式能源站之間的互聯(lián)互濟優(yōu)化運行，所述最優(yōu)運行參數(shù)在每個優(yōu)化控制時間周期內計算一次。上述方法通過求解優(yōu)化問題給出下述一種或多種最優(yōu)的運行參數(shù)：最優(yōu)的冷水機組、鍋爐、熱泵、水泵、冷卻塔、發(fā)電機組的運行臺數(shù)、最優(yōu)的空調循環(huán)水和冷卻循環(huán)水的供水溫度和流量、最優(yōu)的蓄冷/熱/電量、最優(yōu)的蓄冷/熱/電時間和釋冷/熱/電時間、最優(yōu)的市政電網(wǎng)取電時間和功率、最優(yōu)的向市政電網(wǎng)售電時間和功率。

圖2是上述無中心協(xié)同控制方法的控制邏輯流程圖。系統(tǒng)啟動后，各個智能節(jié)點通過無線路由器尋址，自動分配以太網(wǎng)地址，自動組成控制系統(tǒng)的信息網(wǎng)絡。組網(wǎng)完成后，根據(jù)各個智能節(jié)點的默認初始化參數(shù)，按照內置的啟動順序啟動相應設備，并調節(jié)設備出力，滿足初始設定參數(shù)的要求。每個控制時間周期，例如每滿10分鐘，判斷當前時間是否處于蓄冷/熱/電時段，如果處于該時段，則執(zhí)行預設的蓄冷/熱/電運行策略，否則執(zhí)行非蓄冷/熱/電運行策略。每個優(yōu)化控制時間周期，例如每小時的整點時刻，發(fā)起優(yōu)化控制計算，各個智能節(jié)點通過分布式計算的方法，求解優(yōu)化問題，確定最優(yōu)的空調冷熱水供水溫度和流量、水泵轉速、冷卻塔風機轉速、發(fā)電功率、市政電網(wǎng)取電/售電功率等最優(yōu)運行參數(shù)，并把這些最優(yōu)運行參數(shù)傳遞給相應設備，調節(jié)設備出力，達到最優(yōu)運行參數(shù)的要求。如此循環(huán)下去，實現(xiàn)基于無中心、自組織的多個分布式能源站的協(xié)同控制和優(yōu)化運行。

以上詳細描述了本發(fā)明的較佳具體實施例。應當理解，本領域的普通技術人員無需創(chuàng)造性勞動就可以根據(jù)本發(fā)明的構思作出諸多修改和變化。因此，凡本技術領域中技術人員依本發(fā)明的構思在現(xiàn)有技術的基礎上通過邏輯分析、推理或者有限的實驗可以得到的技術方案，皆應在由權利要求書所確定的保護范圍內。