本發(fā)明涉及優(yōu)化控制領(lǐng)域，特別是涉及一種降低系統(tǒng)的資源消耗總量的優(yōu)化控制方法

背景技術(shù)：

相關(guān)技術(shù)中，多個技術(shù)領(lǐng)域均存在一種類似的技術(shù)問題，即如何令一群設(shè)備或一群裝置協(xié)同合作以便在這群設(shè)備或裝置完成一定量的總?cè)蝿?wù)需求時令這些設(shè)備或裝置消耗的能源或資源最低，或者滿足這些設(shè)備或裝置的某些限定條件，因此這一類技術(shù)問題可以稱為優(yōu)化分配的問題。

例如在中央冷站中的一群冷機(jī)，這些冷機(jī)提供的冷量總值需滿足末端設(shè)備對冷量的需求，即冷機(jī)提供的冷量總值與末端的冷量需求的差值應(yīng)該小于一個閾值，那么便存在如何協(xié)同控制這群冷機(jī)的技術(shù)問題，冷機(jī)在不同的冷量出力下效能是不同的，通常效能與冷量的關(guān)系曲線是一個向上凸起的馬鞍的形狀，因此如何合理的確定具體開哪幾臺冷機(jī)以及冷量如何在這些冷機(jī)中分配才能使得這些冷機(jī)的總能耗最低是一個實(shí)際存在的問題，也是本領(lǐng)域的研究人員非常關(guān)心的問題，因?yàn)槔錂C(jī)一年的總耗電量十分巨大，降低能耗對于降低樓宇的運(yùn)行費(fèi)用乃至節(jié)能減排都具有非常積極的意義。

與冷機(jī)群控類似的還有水泵的群控問題，冷卻塔的群控問題，VAV變風(fēng)量箱的群控問題等等。

這一類問題的共性在于將一個一維的數(shù)量(任務(wù))合理分配于系統(tǒng)中的各個功能模塊以便這些功能模塊消耗的資源總量(例如耗電功率)最低。

通常情況下這類問題的解決方法是將全局的信息收集到中央首腦處，由一個上層的智能決定者在考慮了全局信息之后再進(jìn)行任務(wù)的優(yōu)化分配，然而這種解決方案的缺點(diǎn)在于決策的制定效率低下，適應(yīng)性差，可拓展性不強(qiáng)，假如系統(tǒng)發(fā)生了一點(diǎn)改變或擴(kuò)容就需求將全局信息進(jìn)行重新的收集和描述并更改中央首腦處的算法，造成通用性不強(qiáng)、魯棒性差等缺點(diǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明旨在至少解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問題之一。為此，本發(fā)明的一個目的在于提出一種降低系統(tǒng)的資源消耗總量的優(yōu)化控制方法。該方法具有通用性強(qiáng)、魯棒性好且擴(kuò)展性佳的優(yōu)點(diǎn)。

本發(fā)明的另一個目的在于提出一種將任務(wù)分配至系統(tǒng)中各功能單元的優(yōu)化控制方法，該控制方法具有靈活性強(qiáng)、擴(kuò)展性佳的優(yōu)點(diǎn)。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的第一方面的實(shí)施例公開了一種降低系統(tǒng)的資源消耗總量W的優(yōu)化控制方法，所述系統(tǒng)包含若干個功能模塊，所有功能模塊完成的總?cè)蝿?wù)∑Qi需滿足總?cè)蝿?wù)需求Q0，每個功能模塊在完成任務(wù)Qi的同時需要消耗一定量的資源Wi，每個功能模塊的效能Ei與其完成的任務(wù)Qi符合某種函數(shù)關(guān)系，而每個功能模塊的資源消耗量Wi與其完成的任務(wù)Qi成正相關(guān)與效能Ei成負(fù)相關(guān)，所述控制方法包括將系統(tǒng)總?cè)蝿?wù)分配到各個功能模塊的步驟，在該任務(wù)分配下系統(tǒng)的資源消耗總量∑Wi最低或較低，所述任務(wù)分配具體包括以下步驟：各個功能模塊之間進(jìn)行信息交互以完成系統(tǒng)運(yùn)算，當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)算收斂后即得到每個功能模塊所承擔(dān)的任務(wù)Qi，在該任務(wù)分配下系統(tǒng)的資源消耗總量∑Wi最低或較低。

另外，根據(jù)本發(fā)明上述實(shí)施例的降低系統(tǒng)的資源消耗總量W的優(yōu)化控制方法還可以具有如下附加的技術(shù)特征：

在一些示例中，所述信息交互包括如下步驟：A.由某個功能模塊發(fā)起運(yùn)算，其以效能Ei最大化為目標(biāo)效能，計算其在目標(biāo)效能下的任務(wù)Qi及消耗的資源Wi，根據(jù)總?cè)蝿?wù)需求計算任務(wù)余量，并將目標(biāo)效能及任務(wù)余量作為傳遞信息發(fā)送給其相鄰的功能模塊。

在一些示例中，功能模塊在收到傳遞信息之后，根據(jù)接收到的目標(biāo)效能計算新的目標(biāo)效能并得到其任務(wù)，根據(jù)接收到的任務(wù)余量計算新的任務(wù)余量；若任務(wù)余量的絕對值大于某閾值，則繼續(xù)將其計算后得到的新的目標(biāo)效能及新的任務(wù)余量作為傳遞信息發(fā)送給其相鄰的功能模塊；若任務(wù)余量小于或等于某閾值，則判斷本次運(yùn)算結(jié)果是否有效，如果：運(yùn)算結(jié)果有效，則本次運(yùn)算收斂，不再發(fā)送傳遞信息；運(yùn)算結(jié)果無效，則由該功能模塊繼續(xù)發(fā)起運(yùn)算，并執(zhí)行步驟A。

在一些示例中，若系統(tǒng)中不再有功能模塊發(fā)送或收到傳遞信息則系統(tǒng)收斂，各個功能模塊按照系統(tǒng)的運(yùn)算結(jié)果分配任務(wù)。

在一些示例中，判斷運(yùn)算結(jié)果是否有效的標(biāo)準(zhǔn)為：若系統(tǒng)總資源消耗量等于或低于運(yùn)算之前，則運(yùn)算有效，若系統(tǒng)總資源消耗量高于運(yùn)算之前，則運(yùn)算無效。

在一些示例中，所述效能Ei的最大化的值在運(yùn)算過程中是可變的。

在一些示例中，所述信息交互過程先確定各個功能模塊是否參與任務(wù)分配再確定參與任務(wù)分配的功能模塊的具體任務(wù)值。

在一些示例中，所述先確定各個功能模塊是否參與任務(wù)分配的過程包括如下步驟：所有功能模塊形成一條鏈路，由鏈?zhǔn)灼鹣蜴溛惨来蝹鬟f信息，所述信息中包括各功能模塊工作在最高效能時的任務(wù)，鏈尾計算出各個功能模塊工作在最高效能或不參與任務(wù)分配時的所有組合下對應(yīng)的系統(tǒng)總?cè)蝿?wù)，并選出總?cè)蝿?wù)最滿足要求的兩種組合，并將數(shù)據(jù)依次回傳至鏈?zhǔn)? 此時各功能模塊知曉其是否應(yīng)該參與任務(wù)分配。

在一些示例中，所述先確定各個功能模塊是否參與任務(wù)分配的過程包括如下步驟：每個功能模塊設(shè)置一初始參與概率；每個功能模塊均發(fā)起全局加權(quán)求和任務(wù)，所述全局加權(quán)求和任務(wù)為每個功能模塊自己的參與概率乘以自己的在最優(yōu)效能時的任務(wù)的結(jié)果之和；每個功能模塊收到除自己之外的功能模塊的加權(quán)和之后，比較該結(jié)果與加上自己的參與概率乘以自己在最優(yōu)效能時的任務(wù)的結(jié)果，如果加上之后的結(jié)果比不加的結(jié)果更靠近系統(tǒng)總?cè)蝿?wù)需求，則表明自己參與任務(wù)分配會更好，因而將自己的參與概率增大；否則將自己的參與概率降低；經(jīng)若干次迭代后每個功能模塊的參與概率趨于穩(wěn)定，參與概率收斂為1或者大于某一預(yù)設(shè)閾值的功能模塊參與任務(wù)分配；開啟概率收斂為0或者小于某一預(yù)設(shè)閾值的功能模塊不參與任務(wù)分配。

在一些示例中，所述確定參與任務(wù)分配的功能模塊的具體任務(wù)值的過程包括如下步驟：各個功能模塊之間傳遞等值的資源消耗量對任務(wù)的導(dǎo)數(shù)及各功能模塊在該導(dǎo)數(shù)下對應(yīng)的任務(wù)，若系統(tǒng)的總?cè)蝿?wù)值高于總?cè)蝿?wù)需求則降低所述導(dǎo)數(shù)，若系統(tǒng)的總?cè)蝿?wù)值低于總?cè)蝿?wù)需求則提高所述導(dǎo)數(shù)，直至系統(tǒng)的總?cè)蝿?wù)滿足總?cè)蝿?wù)需求。

本發(fā)明第二方面的實(shí)施例公開了一種將任務(wù)分配至系統(tǒng)中各功能單元的優(yōu)化控制方法，所述系統(tǒng)包含若干個功能模塊，所有功能模塊完成的總?cè)蝿?wù)∑Qi需滿足總?cè)蝿?wù)需求Q0，每個功能模塊完成的任務(wù)Qi需高于任務(wù)下限Q_low，且處于運(yùn)行狀態(tài)的功能模塊越多越好，所述任務(wù)分配包括以下步驟：各個功能模塊之間進(jìn)行信息交互以完成系統(tǒng)運(yùn)算，當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)算完成后即得到每個功能模塊所承擔(dān)的任務(wù)Qi，在此任務(wù)分配方案之下處于運(yùn)行狀態(tài)的功能模塊最多且每個功能模塊完成的任務(wù)均高于任務(wù)下限Q_low。

另外，根據(jù)本發(fā)明上述實(shí)施例的將任務(wù)分配至系統(tǒng)中各功能單元的優(yōu)化控制方法還可以具有如下附加的技術(shù)特征：

在一些示例中，所述信息交互包括如下步驟：整個系統(tǒng)的所有功能模塊形成一條鏈路，由鏈?zhǔn)灼鹗枷蜴溛惨来蝹鬟f信息，所述信息中包括各功能模塊分別工作在任務(wù)下限的任務(wù)值，鏈尾計算出總?cè)蝿?wù)最滿足要求的組合，并將數(shù)據(jù)依次回傳至鏈?zhǔn)?此時各功能模塊知曉其是否應(yīng)該處于運(yùn)行狀態(tài)。

在一些示例中，所述總?cè)蝿?wù)最滿足要求指的是各功能模塊的總?cè)蝿?wù)值最接近系統(tǒng)總?cè)蝿?wù)需求且各功能模塊的任務(wù)不低于預(yù)設(shè)任務(wù)下限值。

在一些示例中，鏈路中的鏈?zhǔn)缀玩溛苍谛畔⒔换ミ^程中可變。

本發(fā)明提供的控制方法至少具有如下優(yōu)點(diǎn)：系統(tǒng)中的各個功能模塊自己就是一個智能的節(jié)點(diǎn)，各個節(jié)點(diǎn)之間是完全平等的關(guān)系，通過相互協(xié)商和信息交互的過程完成一個自組織的運(yùn)算，使得全局的結(jié)果最優(yōu)；這一計算過程不需要一個位于更高層級的中央的首腦的決策， 完全是一個扁平的結(jié)構(gòu)，因此可拓展性強(qiáng)，即使再增加新的功能模塊，或者各功能模塊的之間的拓?fù)潢P(guān)系發(fā)生變化也可以通過自我識別自我適應(yīng)的過程完成系統(tǒng)的運(yùn)算。

附圖說明

本發(fā)明的上述和/或附加的方面和優(yōu)點(diǎn)從結(jié)合下面附圖對實(shí)施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中：

圖1是本發(fā)明第一方面的實(shí)施例的應(yīng)用所述控制方法的水泵系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本發(fā)明第一方面的實(shí)施例的水泵系統(tǒng)的壓差測量值的設(shè)置位置示意圖。

圖3是本發(fā)明第一方面的實(shí)施例的水泵系統(tǒng)控制算法的具體邏輯框圖。

圖4是本發(fā)明第一方面實(shí)施例的某個水泵發(fā)起調(diào)節(jié)任務(wù)之后的迭代計算過程。

圖5是本發(fā)明第一方面實(shí)施例的迭代計算過程中另外一種信息傳遞的流向示意圖。

圖6是本發(fā)明第一方面實(shí)施例的水泵在迭代計算過程中的一個狀態(tài)變化示意圖。

圖7是本發(fā)明第一方面實(shí)施例的水泵在迭代計算過程中的另一個狀態(tài)變化示意圖。

圖8是本發(fā)明第一方面實(shí)施例的確定水泵開啟組合時的金字塔結(jié)構(gòu)示意圖。

圖9是本發(fā)明第二方面的實(shí)施例的應(yīng)用所述控制方法的冷機(jī)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖10是本發(fā)明第二方面實(shí)施例的某個冷機(jī)發(fā)起調(diào)節(jié)任務(wù)之后的迭代計算過程。

圖11是本發(fā)明第二方面實(shí)施例的迭代計算過程中另外一種信息傳遞的流向示意圖。

圖12是本發(fā)明第二方面實(shí)施例的冷機(jī)在迭代計算過程中的一個狀態(tài)變化示意圖。

圖13是本發(fā)明第二方面實(shí)施例的冷機(jī)在迭代計算過程中的另一個狀態(tài)變化示意圖。

圖14是本發(fā)明第三方面實(shí)施例的應(yīng)用所述控制方法的冷卻塔系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖15是本發(fā)明第三方面實(shí)施例的確定冷卻塔開啟組合時的金字塔結(jié)構(gòu)示意圖。

圖16是本發(fā)明提供的控制方法的總體情況說明圖。

具體實(shí)施方式

下面根據(jù)說明書附圖對本發(fā)明實(shí)施例的一種降低系統(tǒng)的資源消耗總量的優(yōu)化控制方法進(jìn)行更為詳盡的說明。

如圖16所示，本發(fā)明提供了一種降低系統(tǒng)的資源消耗總量W的優(yōu)化控制方法，所述系統(tǒng)包含若干個功能模塊，所有功能模塊完成的總?cè)蝿?wù)∑Qi需滿足總?cè)蝿?wù)需求Q0，每個功能模塊在完成任務(wù)Qi的同時需要消耗一定量的資源Wi，每個功能模塊的效能Ei與其完成的任務(wù)Qi符合某種函數(shù)關(guān)系，而每個功能模塊的資源消耗量Wi與其完成的任務(wù)Qi成正相關(guān)與效能Ei成負(fù)相關(guān)，所述控制方法包括將系統(tǒng)總?cè)蝿?wù)Q0分配到各個功能模塊的步驟，在該任務(wù)分配下系統(tǒng)的資源消耗總量∑Wi最低或較低，所述任務(wù)分配具體包括以下步驟：

各個功能模塊之間進(jìn)行信息交互以完成系統(tǒng)運(yùn)算，當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)算收斂后即得到每個功能模塊所承擔(dān)的任務(wù)Qi，在該任務(wù)分配下系統(tǒng)的資源消耗總量∑Wi最低或較低。

本發(fā)明所提供的控制方法的核心思想在于令所述系統(tǒng)中的功能模塊互聯(lián)以形成無中心網(wǎng)絡(luò)，所述無中心網(wǎng)絡(luò)指網(wǎng)絡(luò)中的每個節(jié)點(diǎn)的地位是平等的，整個網(wǎng)絡(luò)是扁平的，沒有中心或首腦的概念，該網(wǎng)絡(luò)可以是鏈狀的，可以是環(huán)狀的，還可以是網(wǎng)格狀或星形的，即網(wǎng)絡(luò)中的所有節(jié)點(diǎn)之間以某種拓?fù)潢P(guān)系互聯(lián)，而在拓?fù)潢P(guān)系上互聯(lián)的節(jié)點(diǎn)之間進(jìn)行信息傳遞，在拓?fù)潢P(guān)系上不關(guān)聯(lián)的節(jié)點(diǎn)間不進(jìn)行信息交互。

通過將多個功能模塊形成無中心網(wǎng)絡(luò)，這樣，無中心網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)便構(gòu)成了一個具有自組織功能的智能系統(tǒng)，每個功能模塊構(gòu)成一個智能的節(jié)點(diǎn)，各個節(jié)點(diǎn)之間是完全平等的關(guān)系，通過相互協(xié)商和信息交互的過程完成一個自組織的運(yùn)算，使得全局的結(jié)果最優(yōu)；這一計算過程不需要一個位于更高層級的中央的首腦的決策，完全是一個扁平的結(jié)構(gòu)，可拓展性強(qiáng)，即使再增加新的功能模塊，或者各功能模塊的之間的拓?fù)潢P(guān)系發(fā)生變化也可以通過自我識別自我適應(yīng)的過程完成系統(tǒng)的運(yùn)算。

【實(shí)施例1】

根據(jù)本發(fā)明的第一個方面的實(shí)施例，所述控制方法可以應(yīng)用于水泵系統(tǒng)，完成水泵系統(tǒng)的群控以節(jié)省水泵系統(tǒng)的能耗。具體應(yīng)用于水泵系統(tǒng)后，本發(fā)明提供一種降低水泵系統(tǒng)的電量消耗的優(yōu)化控制方法，所述水泵系統(tǒng)的每個水泵成為一個功能模塊，所有水泵完成的總?cè)蝿?wù)——輸送的水量需滿足末端的總水量需求，每個水泵在完成一定輸送水量的同時需要消耗一定量的電功率，每個水泵的效能——即水泵的效率——與其水流量之間符合某種函數(shù)關(guān)系(這種函數(shù)關(guān)系是由水泵的性能曲線來定義的，水泵的性能曲線是一個上凸的曲線，具體可以參考圖6或圖7)，而每個水泵的電功率與其輸送的水量成正比，與效率成反比，為了完成系統(tǒng)總水量向各個水泵的分配過程，系統(tǒng)中的水泵需要進(jìn)行信息交互，而所述信息交互包括如下步驟：

A.由某個水泵(或者給水泵裝上控制器，由控制器發(fā)起運(yùn)算)發(fā)起運(yùn)算，其以效率最大化為目標(biāo)效率值，計算其在目標(biāo)效率值下的流量及功耗，根據(jù)總流量需求計算流量余量，并將目標(biāo)效率值及流量余量作為傳遞信息發(fā)送給其相鄰的水泵。

在相鄰的水泵收到傳遞信息之后，根據(jù)接收到的目標(biāo)效率值計算新的目標(biāo)效率值并計算得到其流量，根據(jù)接收到的流量余量計算新的流量余量；

若流量余量的絕對值大于某閾值，則繼續(xù)將其計算后得到的新的目標(biāo)效率值及新的流量余量作為傳遞信息發(fā)送給其相鄰的水泵；

若流量余量小于或等于某閾值，則判斷本次運(yùn)算結(jié)果是否有效，如果：

運(yùn)算結(jié)果有效，則本次運(yùn)算收斂，不再發(fā)送傳遞信息；

運(yùn)算結(jié)果無效，則由該水泵繼續(xù)發(fā)起運(yùn)算，并執(zhí)行步驟A。

若系統(tǒng)中不再有水泵發(fā)送或收到傳遞信息則系統(tǒng)收斂，各個水泵按照系統(tǒng)的運(yùn)算結(jié)果分配任務(wù)；

所述判斷運(yùn)算結(jié)果是否有效的標(biāo)準(zhǔn)為但不限于：若系統(tǒng)總功耗等于或低于運(yùn)算之前，則運(yùn)算有效，若系統(tǒng)總功耗高于運(yùn)算之前，則運(yùn)算無效。

下面進(jìn)行更為具體的說明。

圖1是本發(fā)明一個實(shí)施例的水泵系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。結(jié)合圖1，水泵系統(tǒng)中包括n(通常n為大于1的正整數(shù))個并聯(lián)的水泵100，每個水泵100配置有一個控制器200。需要說明的是，在實(shí)際應(yīng)用中可能會遇到水泵系統(tǒng)中局部設(shè)置有若干個串聯(lián)的水泵的情況，此時僅需要根據(jù)流體力學(xué)知識將這若干個串聯(lián)水泵等效為單個水泵即可，從而可以為等效后的水泵配置一個控制器200。

再次結(jié)合圖1，各個控制器200還可以與相應(yīng)的壓差傳感器400相連，以便從相應(yīng)的壓差傳感器400中獲取傳遞的壓差信號，控制器200還可以與水泵的變頻器300相連，以便通過控制相應(yīng)的變頻器300實(shí)現(xiàn)水泵100運(yùn)行參數(shù)的改變。即控制器200可以通過控制與水泵相連的變頻器來變更對應(yīng)水泵的運(yùn)行參數(shù)。

當(dāng)系統(tǒng)中存在發(fā)起調(diào)節(jié)任務(wù)的水泵控制器時，系統(tǒng)中的水泵控制器開始與其相鄰的水泵控制器進(jìn)行信息交互。

信息交互的過程是一個迭代計算的過程，下面根據(jù)圖3至圖7具體說明這一信息交互的迭代計算過程。

圖3是本發(fā)明一個實(shí)施例的信息交互過程的基本邏輯框圖，圖4是本發(fā)明實(shí)施例的在某個水泵控制器發(fā)起調(diào)節(jié)任務(wù)之后各個水泵控制器之間進(jìn)行數(shù)據(jù)交互及迭代計算的具體過程。

如圖4所示，每個長框表示在所有水泵中完成的一次迭代，在該示例中，包括四臺水泵，長框頂部的數(shù)字是每臺水泵迭代前的流量值(如最上方的長框頂部的數(shù)字37.42)，該流量值是水泵自身根據(jù)內(nèi)嵌的模型(性能曲線)和測得的揚(yáng)程計算得到的，長框底部的數(shù)字是其完成本輪迭代后的流量值(如最上方的長框底部的數(shù)字54.09)；箭頭的指向表示水泵之間交互的信息流向，箭頭上面的值是流量調(diào)節(jié)余量ΔG，下面的是效率調(diào)節(jié)預(yù)期ε。

結(jié)合圖4和圖5，初始的工況為四臺水泵均在運(yùn)行，初始的流量均為37.42L/s，此時出現(xiàn)了壓差不滿足設(shè)定值的需求的狀況，任一運(yùn)行中的水泵發(fā)現(xiàn)了這一狀況，因而發(fā)起調(diào)整任務(wù)，該示例中是由2號水泵發(fā)起調(diào)節(jié)任務(wù)的。2號水泵此時的初始目標(biāo)效率點(diǎn)為效率最高點(diǎn)，即效率調(diào)節(jié)預(yù)期ε＝1，計算當(dāng)其工作點(diǎn)調(diào)整到效率調(diào)節(jié)預(yù)期ε為1時，其承擔(dān)的流量為54.09L/s，圖6和圖7顯示的是水泵的性能曲線，橫坐標(biāo)為水泵的流量，縱坐標(biāo)為水泵的效 率，水泵根據(jù)該性能曲線可以計算出在效率調(diào)節(jié)預(yù)期下水泵的流量。如圖6所示，1點(diǎn)為初始運(yùn)行的工況點(diǎn)，2點(diǎn)為調(diào)整后的最高效率點(diǎn)，此時2號水泵對應(yīng)的控制器向外傳遞的信息為流量調(diào)節(jié)余量ΔG＝-16.67L/s，效率調(diào)節(jié)預(yù)期ε＝1，所謂流量調(diào)節(jié)余量是指水泵當(dāng)前流量與流量設(shè)定值的差值。

3號水泵收到該信息后(即：實(shí)際為3號水泵對應(yīng)的控制器收到該信息后)，將收到的效率調(diào)節(jié)預(yù)期與自己上一次的效率調(diào)節(jié)預(yù)期進(jìn)行比較，此時3號泵是第一次調(diào)節(jié)，上一次的效率調(diào)節(jié)預(yù)期空缺為0，因此效率調(diào)節(jié)預(yù)期值不同，則采用鄰居水泵傳遞給它的效率調(diào)節(jié)預(yù)期，計算出它調(diào)整后的流量54.09L/s，然后將此時的流量調(diào)節(jié)余量ΔG＝-33.34L/s，即自己的流量調(diào)節(jié)余量加上鄰居傳遞給他的流量調(diào)節(jié)余量和效率調(diào)節(jié)預(yù)期ε＝1傳遞給它的鄰居4號泵。

4號水泵的計算邏輯與3號水泵相同，此處不做贅述。調(diào)整完后將更新的信息傳遞給1號泵。

1號水泵收到的流量調(diào)節(jié)余量為-50.01L/s，大于它當(dāng)前運(yùn)行的流量37.42L/s，因而1號水泵計算得出其新的流量應(yīng)為零，并將更新后的流量調(diào)節(jié)余量ΔG＝-12.59L/s和效率調(diào)節(jié)預(yù)期ε＝1傳遞給2號水泵。

2號水泵收到信息后，將收到的效率調(diào)節(jié)預(yù)期與自己上一次的效率調(diào)節(jié)預(yù)期ε＝1進(jìn)行比較，是相同的，但是流量調(diào)節(jié)余量并沒有收斂，因而根據(jù)收到的流量調(diào)節(jié)余量對效率調(diào)節(jié)預(yù)期進(jìn)行調(diào)節(jié)，如圖6或圖7所示，如若流量調(diào)節(jié)余量為負(fù)值，即當(dāng)前的流量大于流量設(shè)定值，則將效率調(diào)節(jié)預(yù)期向左調(diào)整，降低自己承擔(dān)的流量；如若流量調(diào)節(jié)余量為正值，即當(dāng)前的流量小于流量設(shè)定值，則將效率調(diào)節(jié)預(yù)期向右調(diào)整，提高自己承擔(dān)的流量；

其中，在以上描述中，目標(biāo)效率值的調(diào)整可以是定步長的，即每次調(diào)整的步長可以為0.01或者更少；當(dāng)然，調(diào)節(jié)過程也可以是變步長的，步長可以根據(jù)流量調(diào)節(jié)余量的大小采用二分法或下降法，可以達(dá)到更快的收斂速度。結(jié)合圖4所示，在該示例中，調(diào)整后的效率調(diào)節(jié)預(yù)期為0.93，對應(yīng)的流量調(diào)節(jié)余量ΔG＝-9.42L/s，2號水泵將這兩個信息作為傳遞信息傳遞給3號水泵。

依次類推，每個水泵收到鄰居傳來的信息后，都根據(jù)相同的邏輯進(jìn)行調(diào)整，當(dāng)流量調(diào)節(jié)余量滿足設(shè)定的收斂條件|ΔG|≦δ時，即流量調(diào)節(jié)余量的絕對值小于或等于預(yù)設(shè)調(diào)節(jié)余量閾值時該水泵控制器判斷系統(tǒng)能耗是否優(yōu)于本次調(diào)節(jié)任務(wù)發(fā)起之前，若優(yōu)于本此調(diào)節(jié)任務(wù)之前，則該水泵控制器認(rèn)為此次計算收斂且有效，從而不再向外傳遞信息，優(yōu)于的概念是調(diào)節(jié)后系統(tǒng)的能耗等于或者低于調(diào)節(jié)前；若系統(tǒng)能耗還高于本次調(diào)節(jié)任務(wù)發(fā)起之前，則該水泵控制器重新設(shè)定目標(biāo)效率點(diǎn)，此次目標(biāo)效率點(diǎn)低于初始的目標(biāo)效率點(diǎn)，再次向外發(fā)送傳遞信息，重新開始計算直到系統(tǒng)達(dá)到收斂，而此處的目標(biāo)效率點(diǎn)的調(diào)節(jié)可以是定步長調(diào)節(jié)，如初始為 1，后面依次為0.99，0.98，0.97。依次類推，當(dāng)然目標(biāo)效率點(diǎn)的調(diào)節(jié)也可以是變步長的。

需要說明的是，為了避免水泵頻繁的啟停，控制器需要在計算新的水泵流量時考慮是否會導(dǎo)致水泵頻繁開啟，例如：若在一定時間內(nèi)(如半個小時以內(nèi))水泵曾開啟則計算出的水泵流量不會為零，即曾經(jīng)在短時間內(nèi)開啟過的水泵不會做出我要關(guān)閉的決策，而若在一定時間內(nèi)曾關(guān)閉則計算出的水泵流量不會大于零，即曾經(jīng)在短時間內(nèi)關(guān)閉過的水泵也不會做出我要開啟的決策。

水泵的信息傳遞方向可以有多種形式，在上述示例中，水泵的信息傳遞方向是由2號泵傳遞給3號水泵，3號泵傳遞給4號水泵，4號泵再傳遞給1號水泵，但是，這種信息傳遞的方向不是固定且唯一的，也可以是其它的信息傳遞方向，如圖5所示，可以是由1號水泵傳遞給2號水泵，2號水泵傳遞給3號水泵，3號水泵傳遞給4號水泵，4號水泵再傳遞給3號水泵，3號水泵傳遞給2號水泵，2號水泵傳遞給1號水泵等等，也就是說，這種信息的流動方向是靈活可變的。

當(dāng)系統(tǒng)達(dá)到預(yù)定的收斂條件時，確定每臺水泵優(yōu)化后的運(yùn)行參數(shù)，控制器根據(jù)確定的運(yùn)行參數(shù)計算出水泵的啟停狀態(tài)和/或轉(zhuǎn)速，并由控制器將水泵改變至新的運(yùn)行狀態(tài)。

單個控制器的收斂是整個系統(tǒng)收斂的前提條件，當(dāng)某一個控制器收到鄰居傳入的傳遞信息之后，根據(jù)接收到的信息進(jìn)行計算，計算出的流量調(diào)節(jié)余量的絕對值小于設(shè)定的流量調(diào)節(jié)余量閾值，并且當(dāng)前系統(tǒng)的效率(傳遞的過程中可以實(shí)時計算更新)不比調(diào)節(jié)之前的效率低(或者說系統(tǒng)的能耗不比發(fā)起調(diào)節(jié)任務(wù)之前高)，則該控制器認(rèn)為計算收斂且有效，從而不再向外傳遞信息；其次是系統(tǒng)的收斂：當(dāng)系統(tǒng)中某個控制器接收到傳遞信息之后則開啟計時器，如果在給定的時間周期內(nèi)沒有控制器再收到鄰居傳遞的信息，即沒有新的迭代計算刺激，則系統(tǒng)收斂，每個控制器當(dāng)前保存的運(yùn)算結(jié)果即為最終結(jié)果，作為控制信號輸出。

在上述計算過程中，需要的水泵性能曲線或水泵性能參數(shù)、壓差設(shè)定值、預(yù)設(shè)壓差偏差閾值和預(yù)設(shè)流量調(diào)節(jié)余量閾值等均可以內(nèi)置到水泵的控制器當(dāng)中，或者提前存儲于水泵的控制系統(tǒng)中。

水泵之間進(jìn)行信息交互的具體方式還可以采用另外的算法，可以先確定出水泵的開啟組合，再確定開啟的水泵的具體的流量。經(jīng)過數(shù)學(xué)推導(dǎo)，當(dāng)水泵的開啟組合確定后，總流量在各臺水泵之間如何最優(yōu)分配的問題變得很簡單，即按各水泵能耗函數(shù)關(guān)于流量的導(dǎo)數(shù)相等的原則進(jìn)行分配。

另外，確定水泵的開啟組合可以采用多種方式。例如：

方式1，首先通過生成樹過程將所有的水泵控制器形成一條鏈路，鏈兩端分別為起始節(jié)點(diǎn)v₁和終止節(jié)點(diǎn)v_m，或者稱為鏈?zhǔn)准版溛?，然后沿著鏈逐點(diǎn)計算，終止節(jié)點(diǎn)計算之后做最終決策，再逐點(diǎn)回傳結(jié)果。整個搜索過程一次完成，無需循環(huán)迭代，具體算法為：

1)鏈?zhǔn)装l(fā)起任務(wù)，傳播生成樹(鏈)指令，直至鏈尾；

2)由鏈尾逐點(diǎn)回傳生成樹指令，完成生成樹的建立；

3)在鏈?zhǔn)组_始計算并向外傳遞如下信息，自己關(guān)閉時的值X₀和自己開啟時的值X₀-x₁，x₁為鏈?zhǔn)姿霉ぷ髟谧罴研庶c(diǎn)時的流量，并逐點(diǎn)執(zhí)行下面的操作；

4)各節(jié)點(diǎn)收到信息后(是一個包含k個數(shù)的數(shù)組)，針對其中的每個數(shù)，計算自己加入并工作在最佳效率點(diǎn)時和不加入的流量值，然后將新的數(shù)組(為包含2k個數(shù)的數(shù)組)發(fā)給它的鄰居節(jié)點(diǎn)；

5)末端的節(jié)點(diǎn)收到數(shù)據(jù)后，在內(nèi)部計算，找到距離X₀最近的兩組組合，然后將這兩組組合向回傳遞給所有節(jié)點(diǎn)。

6)每個節(jié)點(diǎn)都知道自己是否應(yīng)該開啟，然后開啟的節(jié)點(diǎn)開始計算最優(yōu)的流量分配。

該方式采用逐點(diǎn)計算，每個節(jié)點(diǎn)同時考慮參與或不參與組合兩種情況，從而形成一個金字塔形的架構(gòu)，如圖8所述。意味著傳到最后一個節(jié)點(diǎn)，最后一個節(jié)點(diǎn)完成組合計算后，共有2m個組合，其中包括了全部不參與的情況。所以這個算法在有限的步驟內(nèi)羅列了所有組合情況，是完備的。

末端的節(jié)點(diǎn)在選擇最接近X₀的兩個組合時實(shí)際上是選擇前一個節(jié)點(diǎn)傳遞來的流量值中最接近零的兩種組合，其中一個大于零，一個小于零，這兩個流量值所對應(yīng)的水泵的開啟組合就是后續(xù)進(jìn)一步計算最優(yōu)流量分配時的備選方案，獲得備選方案后系統(tǒng)會針對每一個備選方案分別計算最優(yōu)的流量分案，再通過仲裁選擇其中一種方案。

進(jìn)一步地，在末端節(jié)點(diǎn)選擇距離X₀最近的兩組組合時，如果剛好所選出的組合會導(dǎo)致水泵出現(xiàn)頻繁啟停的狀況，則出于保障設(shè)備安全運(yùn)行考慮，這樣的組合將不被選擇，末端節(jié)點(diǎn)會退而求其次，選擇不會令設(shè)備出現(xiàn)頻繁啟停的組合，哪怕這樣的組合并不是距離X₀最近的。下面介紹如何在開啟的水泵中分配流量。

更進(jìn)一步地，當(dāng)水泵的開啟組合確定后，總流量在各臺設(shè)備之間如何最優(yōu)分配的問題變得很簡單，即各水泵能耗函數(shù)關(guān)于流量的導(dǎo)數(shù)相等的原則進(jìn)行分配。因此在各個水泵控制器之間傳遞的是該相等的導(dǎo)數(shù)，在某次迭代中，各開啟的水泵根據(jù)收到的值計算出自己對應(yīng)的承擔(dān)的流量(根據(jù)能耗-流量關(guān)系曲線計算而得，而該曲線可以通過水泵的性能參數(shù)或者性能曲線獲得)，然后對各開啟水泵的流量全局求和，如果大于流量總需求X₀的要求，則減小導(dǎo)數(shù)值；如果小于流量總需求X₀的要求，則增大導(dǎo)數(shù)值。然后各水泵根據(jù)收到的新的導(dǎo)數(shù)值，重新計算各自的流量，進(jìn)行迭代。因?yàn)閷?dǎo)數(shù)和能耗值的關(guān)系是單調(diào)的，所以該迭代調(diào)整過程很快收斂。

確定水泵的開啟組合還可以有第二種算法，即方式2。

該算法是每個水泵控制器有一個初始的開啟概率，如0.5，在某水泵控制器發(fā)起計算任 務(wù)后，每個水泵控制器(或稱節(jié)點(diǎn)v_i)執(zhí)行以下規(guī)則：

(1)節(jié)點(diǎn)v_i發(fā)起全局加權(quán)求和任務(wù)，即每個節(jié)點(diǎn)自己的開啟概率乘以自己的x_i^*(水泵在最優(yōu)效率點(diǎn)時的流量)的結(jié)果之和；

(2)節(jié)點(diǎn)v_i收到除自己之外的其他節(jié)點(diǎn)的加權(quán)和之后，比較該結(jié)果與加上自己的開啟概率乘以自己的x_i^*的結(jié)果，如果加上之后的結(jié)果比不加的結(jié)果更靠近X₀，則表明自己加入會更好，因而將自己的開啟概率增大；否則，將自己的開啟概率降低；

(3)這樣經(jīng)過一定的迭代次數(shù)之后，每個節(jié)點(diǎn)的開啟概率會趨于穩(wěn)定，開啟概率收斂為1或者大于某一預(yù)設(shè)閾值的節(jié)點(diǎn)會開啟；開啟概率收斂為0或者小于某一預(yù)設(shè)閾值的節(jié)點(diǎn)會關(guān)閉。

在方式2中，實(shí)際上每個節(jié)點(diǎn)都在發(fā)起全局加權(quán)求和的計算任務(wù)，其中可以調(diào)節(jié)的為自己開啟概率進(jìn)行調(diào)整的規(guī)則以及每次概率調(diào)整的方式、幅度。

需要說明的是，為了保障設(shè)備安全運(yùn)行，不出現(xiàn)頻繁啟停的狀態(tài)是優(yōu)先級很高的準(zhǔn)則，因此水泵是在不發(fā)生頻繁啟停的前提下進(jìn)行上述的運(yùn)算過程，換句話說每臺水泵均知曉其在短時間之內(nèi)是否曾經(jīng)開啟或者關(guān)閉，因此在運(yùn)算的過程中不會做出令自己頻繁啟停的決策，例如一臺剛剛關(guān)閉的水泵在參與新的調(diào)節(jié)任務(wù)計算時可能會直接將自己置為關(guān)閉狀態(tài)，而不會出現(xiàn)令自己的開啟概率趨近于1的情形。

通過上述算法確定水泵的開啟組合之后可以采用如上文中介紹的算法來確定開啟的水泵的具體的流量。

上述介紹的生成樹算法算出的優(yōu)化后的水泵的運(yùn)行參數(shù)就是理論上的最優(yōu)解，因而不再需要判斷系統(tǒng)的總能耗是否比發(fā)起調(diào)節(jié)任務(wù)之前降低，但是在確定水泵的開啟組合時也需要經(jīng)過仲裁的過程，以便保護(hù)水泵不要頻繁的啟停，例如在確定水泵的開啟組合時不會將短時間內(nèi)曾經(jīng)開啟/關(guān)閉過的水泵設(shè)定為關(guān)閉/開啟的狀態(tài)。

根據(jù)本發(fā)明提供的控制方法，使各并聯(lián)水泵平等地自主協(xié)調(diào)完成控制目標(biāo)，分布式地計算出優(yōu)化控制方案，降低了傳統(tǒng)控制形式的人工配置調(diào)試的工作量，實(shí)現(xiàn)了控制設(shè)備的即插即用，提高了系統(tǒng)的控制效率、魯棒性及可擴(kuò)展性。

【實(shí)施例2】

根據(jù)本發(fā)明的第二個方面的實(shí)施例，所述控制方法可以應(yīng)用于冷機(jī)系統(tǒng)，完成冷機(jī)系統(tǒng)的群控以節(jié)省冷機(jī)系統(tǒng)的能耗。具體應(yīng)用于冷機(jī)系統(tǒng)后，本發(fā)明提供一種降低冷機(jī)系統(tǒng)的電量消耗的優(yōu)化控制方法，所述冷機(jī)系統(tǒng)的每個冷機(jī)成為一個功能模塊，所有冷機(jī)完成的總?cè)蝿?wù)——即提供的總冷負(fù)荷值需滿足末端的總冷負(fù)荷需求，每個冷機(jī)在提供一定的冷負(fù)荷的同時需要消耗一定量的電量，每個冷機(jī)的效能——即冷機(jī)的綜合效率——與其冷負(fù)荷值之間符 合某種函數(shù)關(guān)系(這種函數(shù)關(guān)系是由冷機(jī)的性能曲線來定義的，冷機(jī)的性能曲線是一個上凸的曲線，具體可以參考圖12或13)，而每個冷機(jī)的功耗與其提供的冷負(fù)荷成正比，與效率成反比，為了完成系統(tǒng)總冷負(fù)荷值向各個冷機(jī)的分配過程，系統(tǒng)中的冷機(jī)需要進(jìn)行信息交互，所述信息交互的過程與第一個方面的實(shí)施例的信息交互類似，所不同的是傳遞的信息有所差別。具體步驟如下：

A.由某個冷機(jī)(或者給冷機(jī)裝上控制器，由控制器發(fā)起運(yùn)算)發(fā)起運(yùn)算，其以效率最大化為目標(biāo)效率值，計算其在目標(biāo)效率值下的冷負(fù)荷值及功耗，根據(jù)總冷量需求計算冷量余量，并將目標(biāo)效率值及冷量余量作為傳遞信息發(fā)送給其相鄰的冷機(jī)。

在相鄰的冷機(jī)收到傳遞信息之后，根據(jù)接收到的目標(biāo)效率值計算新的目標(biāo)效率值并計算得到其冷量，根據(jù)接收到的冷量余量計算新的冷量余量；

若冷量余量的絕對值大于某閾值，則繼續(xù)將其計算后得到的新的目標(biāo)效率值及新的冷量余量作為傳遞信息發(fā)送給其相鄰的冷機(jī)；

若冷量余量小于或等于某閾值，則判斷本次運(yùn)算結(jié)果是否有效，如果：

運(yùn)算結(jié)果有效，則本次運(yùn)算收斂，不再發(fā)送傳遞信息；

運(yùn)算結(jié)果無效，則由該冷機(jī)繼續(xù)發(fā)起運(yùn)算，并執(zhí)行步驟A。

若系統(tǒng)中不再有冷機(jī)發(fā)送或收到傳遞信息則系統(tǒng)收斂，各個冷機(jī)按照系統(tǒng)的運(yùn)算結(jié)果分配任務(wù)；

所述判斷運(yùn)算結(jié)果是否有效的標(biāo)準(zhǔn)為：若系統(tǒng)總功耗等于或低于運(yùn)算之前，則運(yùn)算有效，若系統(tǒng)總功耗高于運(yùn)算之前，則運(yùn)算無效。

下面進(jìn)行更為具體的說明。

圖9是本發(fā)明一個實(shí)施例的冷機(jī)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖9所示，冷機(jī)系統(tǒng)中包括n(通常n為大于1的正整數(shù))個冷機(jī)，每個冷機(jī)配置有一個冷機(jī)控制器。

當(dāng)系統(tǒng)中存在發(fā)起調(diào)節(jié)任務(wù)的冷機(jī)控制器時，系統(tǒng)中的冷機(jī)控制器開始與其相鄰的冷機(jī)控制器進(jìn)行信息交互。

信息交互的過程是一個迭代計算的過程，下面根據(jù)圖10至圖13具體說明這一信息交互的迭代計算過程。

圖10是本發(fā)明實(shí)施例的在某個冷機(jī)控制器發(fā)起調(diào)節(jié)任務(wù)之后各個冷機(jī)控制器之間進(jìn)行數(shù)據(jù)交互及迭代計算的具體過程。

如圖10所示，每個長框表示在所有冷機(jī)中完成的一次迭代，本案例中有四臺冷機(jī)，長框頂部的數(shù)字是每臺冷機(jī)迭代前的冷負(fù)荷(該冷負(fù)荷可由冷機(jī)內(nèi)部的監(jiān)控程序給出，或者通過外部的測量手段輸入)，長框底部的數(shù)字是其完成本輪迭代后的冷負(fù)荷；箭頭的指向表示冷機(jī)之間交互的信息流向，箭頭上面的值是冷負(fù)荷調(diào)節(jié)余量ΔQ，下面的是效率調(diào)節(jié)預(yù)期ε。

結(jié)合圖10，初始的工況為兩臺冷機(jī)在運(yùn)行，初始的冷負(fù)荷均為1710kW，但此時開啟兩臺冷機(jī)不一定是最優(yōu)的運(yùn)行方案，任一運(yùn)行的冷機(jī)發(fā)起調(diào)整任務(wù)(本例中2號冷機(jī)發(fā)起調(diào)節(jié))。2號冷機(jī)計算當(dāng)其工作點(diǎn)調(diào)整到效率最高點(diǎn)，即效率調(diào)節(jié)預(yù)期ε＝1時，其承擔(dān)的冷負(fù)荷為1250kW，如圖12所示，1點(diǎn)為初始運(yùn)行的工況點(diǎn)，2點(diǎn)位調(diào)整后的最高效率點(diǎn)，此時向外傳遞的信息為冷負(fù)荷調(diào)節(jié)余量ΔQ＝+460kW(當(dāng)前冷負(fù)荷與冷負(fù)荷設(shè)定值的差值)，效率調(diào)節(jié)預(yù)期ε＝1。

3號冷機(jī)收到該信息后，將收到的效率調(diào)節(jié)預(yù)期與自己上一次的調(diào)節(jié)預(yù)期(此時3號冷機(jī)是第一次調(diào)節(jié)，上一次的調(diào)節(jié)預(yù)期空缺為0)進(jìn)行比較，如果不同，則采用鄰居冷機(jī)傳遞給它的效率調(diào)節(jié)預(yù)期，計算出它調(diào)整后的冷負(fù)荷1250kW，然后將此時的冷負(fù)荷調(diào)節(jié)余量ΔQ＝+920kW(自己的冷負(fù)荷調(diào)節(jié)余量加上鄰居傳遞給它的冷負(fù)荷調(diào)節(jié)余量)和效率調(diào)節(jié)預(yù)期ε＝1，傳遞給它的鄰居4號冷機(jī)。

4號冷機(jī)收到的冷負(fù)荷調(diào)節(jié)余量為+920kW，而當(dāng)前4號冷機(jī)處于關(guān)閉狀態(tài)，因而4號冷機(jī)將啟動，將自己的工作點(diǎn)調(diào)節(jié)到效率調(diào)節(jié)預(yù)期ε＝1，即其承擔(dān)的冷負(fù)荷為1250kW。然后將更新后的冷負(fù)荷調(diào)節(jié)余量ΔQ＝-330kW，效率調(diào)節(jié)預(yù)期ε＝1傳遞給1號冷機(jī)。

1號冷機(jī)處于關(guān)閉狀態(tài)，收到冷負(fù)荷調(diào)節(jié)余量ΔQ＝-330kW，即讓其減少承擔(dān)的冷負(fù)荷，因而不進(jìn)行調(diào)整，將此信息繼續(xù)傳遞給2號冷機(jī)。

2號冷機(jī)收到信息后，將收到的效率調(diào)節(jié)預(yù)期與自己上一次的調(diào)節(jié)預(yù)期ε＝1進(jìn)行比較，是相同的，但是冷負(fù)荷調(diào)節(jié)余量并沒有收斂，因而根據(jù)收到的冷負(fù)荷調(diào)節(jié)余量對效率調(diào)節(jié)預(yù)期進(jìn)行調(diào)節(jié)。該調(diào)節(jié)過程可以是定步長的，如若冷負(fù)荷調(diào)節(jié)余量為負(fù)值，即當(dāng)前的冷負(fù)荷大于冷負(fù)荷設(shè)定值，則將效率調(diào)節(jié)預(yù)期向左調(diào)整，降低自己承擔(dān)的冷負(fù)荷；如若冷負(fù)荷調(diào)節(jié)余量為正值，即當(dāng)前的冷負(fù)荷小于冷負(fù)荷設(shè)定值，則將效率調(diào)節(jié)預(yù)期向右調(diào)整，提高自己承擔(dān)的冷負(fù)荷，每次調(diào)整的步長可以為0.01或者更少。效率調(diào)節(jié)預(yù)期的調(diào)節(jié)過程也可以是變步長的，步長可以根據(jù)冷負(fù)荷調(diào)節(jié)余量，采用二分法或下降法，以達(dá)到更快的收斂速度。此例中調(diào)整后的效率調(diào)節(jié)預(yù)期ε＝0.94，對應(yīng)的冷負(fù)荷調(diào)節(jié)余量ΔQ＝1150kW，將這兩個信息傳遞給3號冷機(jī)。

依此類推，每個冷機(jī)收到鄰居傳來的信息后，都根據(jù)相同的邏輯進(jìn)行調(diào)整，當(dāng)冷量調(diào)節(jié)余量滿足設(shè)定的收斂條件|ΔQ|≦δ時，即冷量調(diào)節(jié)余量的絕對值小于或等于預(yù)設(shè)調(diào)節(jié)余量閾值時該冷機(jī)控制器判斷系統(tǒng)能耗是否優(yōu)于本次調(diào)節(jié)任務(wù)發(fā)起之前，若優(yōu)于本此調(diào)節(jié)任務(wù)之前，則該冷機(jī)控制器認(rèn)為此次計算收斂且有效，從而不再向外傳遞信息，優(yōu)于的概念是調(diào)節(jié)后系統(tǒng)的能耗等于或者低于調(diào)節(jié)前；若系統(tǒng)能耗還高于本次調(diào)節(jié)任務(wù)發(fā)起之前，則該冷機(jī)控制器重新設(shè)定目標(biāo)效率點(diǎn)，此次目標(biāo)效率點(diǎn)低于初始的目標(biāo)效率點(diǎn)，再次向外發(fā)送傳遞信息，重新開始計算直到系統(tǒng)達(dá)到收斂，而此處的目標(biāo)效率點(diǎn)的調(diào)節(jié)可以是定步長調(diào)節(jié)，如初始為 1，后面依次為0.99，0.98，0.97。依次類推，當(dāng)然目標(biāo)效率點(diǎn)的調(diào)節(jié)也可以是變步長的。

需要說明的是，為了避免冷機(jī)頻繁的啟停，冷機(jī)控制器需要在計算新的冷機(jī)冷負(fù)荷(冷機(jī)冷負(fù)荷出力)時考慮是否會導(dǎo)致冷機(jī)頻繁開啟，例如：若在一定時間內(nèi)(如半個小時以內(nèi))冷機(jī)曾開啟則計算出的冷機(jī)冷負(fù)荷不會為零，即曾經(jīng)在短時間內(nèi)開啟過的冷機(jī)不會做出我要關(guān)閉的決策，而若在一定時間內(nèi)曾關(guān)閉則計算出的冷機(jī)冷負(fù)荷不會大于零，即曾經(jīng)在短時間內(nèi)關(guān)閉過的冷機(jī)也不會做出我要開啟的決策。

冷機(jī)的信息傳遞方向可以有多種形式，在上述示例中，冷機(jī)的信息傳遞方向是由2號冷機(jī)傳遞給3號冷機(jī)，3號冷機(jī)傳遞給4號冷機(jī)，4號冷機(jī)再傳遞給1號冷機(jī)，但是，這種信息傳遞的方向不是固定且唯一的，也可以是其它的信息傳遞方向，如圖13所示，可以是由1號冷機(jī)傳遞給2號冷機(jī)，2號冷機(jī)傳遞給3號冷機(jī)，3號冷機(jī)傳遞給4號冷機(jī)，4號冷機(jī)再傳遞給3號冷機(jī)，3號冷機(jī)傳遞給2號冷機(jī)，2號冷機(jī)傳遞給1號冷機(jī)等等，也就是說，這種信息的流動方向是靈活可變的。

當(dāng)系統(tǒng)達(dá)到預(yù)定的收斂條件時，確定每臺冷機(jī)優(yōu)化后的運(yùn)行參數(shù)，冷機(jī)控制器根據(jù)確定的運(yùn)行參數(shù)計算出冷機(jī)的啟停狀態(tài)和/或冷凍水流量需求和/或冷凍水出水溫度設(shè)定值，并由冷機(jī)控制器將冷機(jī)改變至新的運(yùn)行參數(shù)，并將冷凍水流量需求及冷凍水出水溫度設(shè)定值發(fā)送給控制系統(tǒng)以便相應(yīng)冷機(jī)達(dá)到需要的運(yùn)行狀態(tài)。

單個冷機(jī)控制器的收斂是整個系統(tǒng)收斂的前提條件，當(dāng)某一個冷機(jī)控制器收到鄰居傳入的傳遞信息之后，根據(jù)接收到的信息進(jìn)行計算，計算出的冷量調(diào)節(jié)余量的絕對值等于或小于設(shè)定的冷量調(diào)節(jié)余量閾值，并且當(dāng)前系統(tǒng)的效率(傳遞的過程中可以實(shí)時計算更新)不比調(diào)節(jié)之前的效率低(或者說系統(tǒng)的能耗不比發(fā)起調(diào)節(jié)任務(wù)之前高)，則該冷機(jī)控制器認(rèn)為計算收斂且有效，從而不再向外傳遞信息；其次是系統(tǒng)的收斂：當(dāng)系統(tǒng)中某個冷機(jī)控制器接收到傳遞信息之后則開啟計時器，如果在給定的時間周期內(nèi)沒有冷機(jī)控制器再收到鄰居傳遞的信息，即沒有新的迭代計算刺激，則系統(tǒng)收斂，每個冷機(jī)控制器當(dāng)前保存的運(yùn)算結(jié)果即為最終結(jié)果，作為控制信號輸出。

值得注意的是，上述迭代計算的過程是在確定總冷負(fù)荷如何在各臺冷機(jī)之間進(jìn)行分配，在確定好冷負(fù)荷的分配方案之后，有如下兩種方式可以令冷機(jī)達(dá)到預(yù)想的冷負(fù)荷。方式一是通過調(diào)整流過冷機(jī)的冷凍水流量，這對于一臺冷機(jī)對應(yīng)一臺冷凍泵的系統(tǒng)(簡稱為一機(jī)對一泵系統(tǒng))來講是易于實(shí)現(xiàn)的，只要冷機(jī)控制器將計算出的冷凍水流量值的需求發(fā)送給相應(yīng)冷凍泵的控制器即可，而對于非一機(jī)對一泵形式的系統(tǒng)，可以通過調(diào)整相應(yīng)冷機(jī)的冷凍水出水溫度設(shè)定值來實(shí)現(xiàn)冷機(jī)承擔(dān)冷負(fù)荷值的調(diào)整。

在上述計算過程中，需要的冷機(jī)性能曲線或冷機(jī)性能參數(shù)、預(yù)設(shè)冷量調(diào)節(jié)余量閾值等均可以內(nèi)置到冷機(jī)控制器當(dāng)中，或者預(yù)先提供給冷機(jī)的控制系統(tǒng)。

【實(shí)施例3】

根據(jù)本發(fā)明的第三個方面的實(shí)施例，所述控制方法可以應(yīng)用于冷卻塔系統(tǒng)，完成冷卻塔系統(tǒng)的群控。具體應(yīng)用于冷卻塔系統(tǒng)后，本發(fā)明提供一種將冷卻水分配至系統(tǒng)中各冷卻塔的優(yōu)化控制方法，所述冷卻塔系統(tǒng)包含若干個功能模塊——每個冷卻塔就是一個功能模塊，所有冷卻塔完成的總?cè)蝿?wù)——即需要冷卻的冷卻水流量需滿足系統(tǒng)的總冷卻水流量需求，每個冷卻塔流過的冷卻水的流量需高于流量下限，且開啟的冷卻塔的數(shù)量越多越好，所述任務(wù)分配包括以下步驟：各個冷卻塔之間進(jìn)行信息交互以完成系統(tǒng)運(yùn)算，當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)算完成后即得到每個冷卻塔所承擔(dān)的冷卻水流量值。

所述信息交互包括如下步驟：

整個系統(tǒng)的所有冷卻塔形成一條鏈路，由鏈?zhǔn)灼鹗枷蜴溛惨来蝹鬟f信息，所述信息中包括各冷卻塔分別工作在流量下限的任務(wù)值，鏈尾計算出總?cè)蝿?wù)最滿足要求的組合，并將數(shù)據(jù)依次回傳至鏈?zhǔn)?此時各冷卻塔知曉其是否應(yīng)該處于運(yùn)行狀態(tài)。

下面結(jié)合附圖進(jìn)行更為詳細(xì)的說明：

圖14是本發(fā)明一個實(shí)施例的冷卻塔系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖14所示，冷卻塔系統(tǒng)中包括n(通常n為大于1的正整數(shù))個并聯(lián)的冷卻塔，每個冷卻塔配置有一個冷卻塔控制器。

當(dāng)某個冷卻塔控制器判斷達(dá)到一定的觸發(fā)條件時，則由該冷卻塔控制器發(fā)起調(diào)節(jié)任務(wù)。

在本發(fā)明的具體示例中，每臺冷卻塔對應(yīng)的冷卻塔控制器均可以發(fā)起調(diào)節(jié)任務(wù)，當(dāng)其中一臺冷卻塔控制器發(fā)起調(diào)節(jié)任務(wù)時，其余的冷卻塔控制器則配合該冷卻塔控制器完成系統(tǒng)的運(yùn)算。

關(guān)于觸發(fā)條件，在本發(fā)明的具體示例中，觸發(fā)條件可以有多種形式，如下面的(1)、(2)的形式。

(1)可以根據(jù)時間來確定，例如為每個冷卻塔控制器設(shè)定一個控制周期，每過一定的時間就由該冷卻塔控制器發(fā)起一次調(diào)節(jié)任務(wù)；例如可以將冷卻塔控制器的控制周期設(shè)置為5分鐘，每次到達(dá)控制周期時相應(yīng)冷卻塔控制器先發(fā)起請求任務(wù)，向冷站系統(tǒng)發(fā)起求和計算，例如向冷卻泵的控制器發(fā)起求和計算，得到當(dāng)前冷卻水的總流量，然后開始計算。

(2)冷卻泵側(cè)條件觸發(fā)：當(dāng)冷卻泵的運(yùn)行工況發(fā)生了變化，如頻率發(fā)生了變化或者臺數(shù)發(fā)生了變化，這些均會導(dǎo)致冷卻水流量的變化，此時冷卻泵組計算出當(dāng)前的冷卻水流量，然后主動發(fā)給冷卻塔，冷卻塔收到信息后，發(fā)起調(diào)節(jié)任務(wù)，進(jìn)行調(diào)節(jié)。

當(dāng)系統(tǒng)中存在發(fā)起調(diào)節(jié)任務(wù)的冷卻塔控制器時，系統(tǒng)中的冷卻塔控制器開始與其相鄰的冷卻塔控制器進(jìn)行信息交互。信息交互的過程是一個鏈?zhǔn)接嬎愕倪^程，下面針對冷卻塔的信息交互的過程進(jìn)行詳細(xì)的說明。

冷卻塔系統(tǒng)的控制分為冷卻塔臺數(shù)控制(即開啟多少臺冷卻塔的水路)和冷卻塔風(fēng)扇控制(即選擇冷卻塔風(fēng)扇是否開啟及應(yīng)該工作在何頻率)兩個子系統(tǒng)，下面分別進(jìn)行說明。

冷卻塔系統(tǒng)的主要耗能部件為冷卻塔風(fēng)扇，其功率與冷機(jī)和水泵相比相對較小，因而為了保證冷機(jī)工作在較高的效率之下，應(yīng)該充分利用冷卻塔系統(tǒng)的冷卻能力，盡量降低冷卻水的水溫，冷卻塔系統(tǒng)的風(fēng)扇帶來的能耗上的增加對于整個冷站系統(tǒng)來講是不敏感的，由此可以確定冷卻塔系統(tǒng)的臺數(shù)控制的控制思想為：從冷機(jī)的冷凝器側(cè)流出的高溫冷卻水應(yīng)該盡量均勻地分配到各臺冷卻塔中，即在可能的情況下，盡量多地打開冷卻塔的冷卻水水路(即令冷卻水管路上的閥門打開)，令冷卻水均勻流過各臺冷卻塔以便充分利用冷卻塔的換熱面積。

而冷卻塔的風(fēng)扇控制的控制思想為：水路開啟的冷卻塔的風(fēng)扇統(tǒng)一變頻，控制冷卻塔系統(tǒng)的總的出水溫度達(dá)到設(shè)定值。

但是冷卻塔水路的控制還有一個控制條件，就是流過各臺冷卻塔的冷卻水流量不宜過小(例如不能小于該冷卻塔額定流量的40％)，否則反而會造成冷卻水在各臺冷卻塔之間分配不均，對冷卻水的冷卻造成不利的影響，因此需要為每臺冷卻塔的冷卻水流量設(shè)置一個下限,在每臺冷卻塔的流量高于下限時盡量多地打開冷卻塔的水路。

由此，冷卻塔的臺數(shù)控制問題可以轉(zhuǎn)換為冷卻水總流量的分配問題，即在給定的冷卻水總流量∑G(這個值可以是外面?zhèn)鬟f過來的冷卻水總流量)的情況下，如何選擇開啟哪幾臺冷卻塔，使得每臺開啟的流量不低于下限G^*_i，同時開啟的臺數(shù)最多。

結(jié)合圖15，解決這一問題可以采用如下算法：

首先通過生成樹過程將所有的冷卻塔控制器形成一條鏈路，鏈兩端分別為起始節(jié)點(diǎn)v₁和終止節(jié)點(diǎn)v_m，或者稱為鏈?zhǔn)准版溛?，然后沿著鏈逐點(diǎn)計算，終止節(jié)點(diǎn)計算之后做最終決策，再逐點(diǎn)回傳結(jié)果。整個搜索過程一次完成，無需循環(huán)迭代，具體算法為：

1)鏈?zhǔn)装l(fā)起任務(wù)，傳播生成樹(鏈)指令，直至鏈尾；

2)由鏈尾逐點(diǎn)回傳生成樹指令，完成生成樹的建立；

3)在鏈?zhǔn)组_始計算并向外傳遞如下信息，自己關(guān)閉時的值∑G(系統(tǒng)的冷卻水總流量)和自己開啟時的值∑G-G^*₁，G^*₁為鏈?zhǔn)桌鋮s塔工作時的冷卻水流量下限，并逐點(diǎn)執(zhí)行下面的操作；

4)各節(jié)點(diǎn)收到信息后(是一個包含k個數(shù)的數(shù)組)，針對其中的每個數(shù)，計算自己不開啟及開啟并工作在冷卻水流量下限時剩余的冷卻水的量，然后將新的數(shù)組(為包含2k個數(shù)的數(shù)組)發(fā)給它的鄰居節(jié)點(diǎn)；

5)末端的節(jié)點(diǎn)收到數(shù)據(jù)后，在內(nèi)部計算，將小于零的數(shù)排除(小于零表明這種開啟組合下各冷卻塔的流量下限之和大于冷卻水總流量，因而實(shí)際開啟后，每臺冷卻塔分得的實(shí)際流量小于流量下限)，并找到與零最接近的值，與之對應(yīng)的冷卻塔的組合即為最終的開啟方 案。然后將這個組合向回傳遞給所有節(jié)點(diǎn)。

6)每個節(jié)點(diǎn)都知道自己是否應(yīng)該的啟停狀況。

該方式采用逐點(diǎn)計算，每個節(jié)點(diǎn)同時考慮參與或不參與組合兩種情況，從而形成一個金字塔形的架構(gòu)，如圖13所述。意味著傳到最后一個節(jié)點(diǎn)，最后一個節(jié)點(diǎn)完成組合計算后，共有2m個組合，其中包括了全部不參與的情況。所以這個算法在有限的步驟內(nèi)羅列了所有組合情況，是完備的。

值得注意的是鏈尾節(jié)點(diǎn)在計算是時若有多個方案的值相同，則根據(jù)以下原則進(jìn)行選擇：為了避免頻繁啟停的切換，優(yōu)先選擇物理距離最近的那組。

下面具體說明冷卻塔風(fēng)扇的控制方法：

冷卻塔的風(fēng)機(jī)控制規(guī)則如下：只要該冷卻塔的水閥開啟，即該冷卻塔投入使用，其風(fēng)機(jī)開啟；開啟的風(fēng)機(jī)統(tǒng)一變頻，控制冷卻塔的出水溫度，達(dá)到出水溫度設(shè)定值(設(shè)定值的給定采用另外的控制算法)；如果變頻風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速達(dá)到轉(zhuǎn)速的下限，則關(guān)閉一臺風(fēng)機(jī)；如果開啟的風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到上限，且仍有閥門開啟的冷卻塔的風(fēng)機(jī)未開啟，則加開一臺風(fēng)機(jī)。

當(dāng)系統(tǒng)確定每臺冷卻塔優(yōu)化后的運(yùn)行參數(shù)，冷卻塔控制器根據(jù)優(yōu)化后的運(yùn)行參數(shù)控制相應(yīng)冷卻塔達(dá)到相應(yīng)的運(yùn)行狀態(tài)。

在上述計算過程中，需要的冷卻塔流量下限值可以內(nèi)置到冷卻塔控制器當(dāng)中。

根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的冷卻塔系統(tǒng)控制方法，利用各并聯(lián)冷卻塔帶通信功能的冷卻塔控制器組建的無中心網(wǎng)絡(luò)，使各并聯(lián)冷卻塔通過自主協(xié)商來決定各臺冷卻塔水路的啟停和風(fēng)扇的啟停和轉(zhuǎn)速，在充分利用冷卻塔的散熱面積時每臺冷卻塔的流量不低于流量下限。

以上僅示例性地給出了將本發(fā)明所提供的控制方法具體應(yīng)用于水泵系統(tǒng)、冷機(jī)系統(tǒng)及冷卻塔系統(tǒng)的具體步驟，但這并不表示本發(fā)明的控制方法僅能應(yīng)用于這幾個具體的場合，凡是存在相同任務(wù)分配需求的系統(tǒng)均可以采用本發(fā)明提供的控制方法，達(dá)到更加優(yōu)化的任務(wù)分配方案，使得系統(tǒng)總的資源消耗量最低或較低，或者滿足功能模塊某些限定條件的要求，并獲得控制效率高、擴(kuò)展靈活性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。