分布能量生產(chǎn)改變以滿足需求改變的制作方法
【專(zhuān)利說(shuō)明】分布能量生產(chǎn)改變從滿足需求改變
【背景技術(shù)】
[0001] 建筑綜合體的能量通常由本地公共事業(yè)廠供應(yīng)，本地公共事業(yè)廠將能量從公共資 源轉(zhuǎn)換至建筑綜合體中所需要的公共事業(yè)。利用復(fù)雜的內(nèi)部結(jié)構(gòu)對(duì)運(yùn)樣的公共事業(yè)廠或微 電網(wǎng)（從現(xiàn)在開(kāi)始為"受控廠"）操作的經(jīng)濟(jì)上最佳的調(diào)度，在于確定廠能量轉(zhuǎn)換設(shè)備的設(shè)置 點(diǎn)，W使得滿足建筑綜合體的能量需求并且廠操作成本最小。解決方案通常W固定的時(shí)間 間隔應(yīng)用，通常15分鐘到60分鐘長(zhǎng)，其中能量需求和轉(zhuǎn)換特性被認(rèn)為是固定的。
[0002] 實(shí)際上能量需求在運(yùn)些時(shí)段內(nèi)變化，并且必須存在一種力求平衡能量供應(yīng)和需求 并確保整個(gè)系統(tǒng)的令人滿意的操作的較低層次控制器。平衡有兩種類(lèi)型一一必須總是被滿 足的硬平衡(例如，電力供應(yīng)和需求)和可W暫時(shí)性違反的軟平衡，諸如到建筑加熱系統(tǒng)的 熱量輸送可W在一段時(shí)間內(nèi)小于所需的。公共事業(yè)廠結(jié)構(gòu)可能是復(fù)雜的，并且因此，分布所 要求的生產(chǎn)改變W覆蓋需求改變可能是復(fù)雜的。
[0003] 當(dāng)前，當(dāng)需求顯著改變時(shí)使用開(kāi)啟和關(guān)閉能量生產(chǎn)設(shè)備的固定序列來(lái)達(dá)到平衡。 例如，首先設(shè)置一組鍋爐中的第一鍋爐W達(dá)到平衡。如果該組中的第一鍋爐達(dá)到了其最大 允許的熱量輸出而沒(méi)有達(dá)到平衡，則開(kāi)啟和改變下一個(gè)鍋爐，接下來(lái)是列表中的下一個(gè)，直 到最終達(dá)到平衡。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 一種在經(jīng)濟(jì)上優(yōu)化對(duì)公共事業(yè)廠的操作的計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的方法，所述公共事業(yè)廠具 有多個(gè)設(shè)備W將輸入能量轉(zhuǎn)換成用于對(duì)建筑進(jìn)行加熱或制冷的輸出能量。該方法包括將公 共事業(yè)廠調(diào)度間隔劃分成多個(gè)控制間隔。針對(duì)每個(gè)控制間隔，該方法獲得期望和測(cè)量的建 筑內(nèi)部條件之間的差異，所述測(cè)量的建筑內(nèi)部條件由來(lái)自公共事業(yè)廠的輸出功率控制，獲 得影響公共事業(yè)廠的最佳操作的多個(gè)因素的當(dāng)前值，確定被預(yù)期W減小差異的建筑的新的 功率需求，W及找到滿足新的功率需求并考慮設(shè)備的響應(yīng)時(shí)間及其能力的針對(duì)多個(gè)設(shè)備的 設(shè)置點(diǎn)。
[0005] -種控制公共事業(yè)廠的方法，所述公共事業(yè)廠具有消耗功率和提供能量的多個(gè)設(shè) 備，所述方法包括:接收建筑能量需求的預(yù)報(bào)，接收影響公共事業(yè)廠的操作的因素的預(yù)報(bào)， 在調(diào)度模式中操作優(yōu)化器W確定哪些設(shè)備應(yīng)當(dāng)開(kāi)啟并提供控制動(dòng)作來(lái)指定針對(duì)每個(gè)運(yùn)行 設(shè)備的設(shè)置點(diǎn)，W使得操作是經(jīng)濟(jì)上最佳的并且不違反約束，W及在控制模式中操作優(yōu)化 器W基于設(shè)備的效率和響應(yīng)時(shí)間而在設(shè)備之間分布能量需求從而最小化購(gòu)買(mǎi)能量成本。
[0006] -種設(shè)備，包括:處理器，用來(lái)接收能量需求和影響條件信息的輸入連接，W及禪 合到處理器并且其上存儲(chǔ)有程序W供處理器運(yùn)行的存儲(chǔ)器設(shè)備。處理器運(yùn)行程序W通過(guò)將 公共事業(yè)廠調(diào)度間隔劃分成多個(gè)控制間隔來(lái)執(zhí)行公共事業(yè)廠優(yōu)化。處理器執(zhí)行針對(duì)每個(gè)控 制間隔的方法，所述方法包括:獲得期望和測(cè)量的建筑內(nèi)部條件之間的差異，所述測(cè)量的建 筑內(nèi)部條件由來(lái)自公共事業(yè)廠的輸出功率控制，獲得影響公共事業(yè)廠的最佳操作的多個(gè)因 素的當(dāng)前值，確定被預(yù)期W減小差異的建筑的新的功率需求，W及找到滿足新的功率需求 并考慮設(shè)備的響應(yīng)時(shí)間及其能力的針對(duì)多個(gè)設(shè)備的設(shè)置點(diǎn)。
【附圖說(shuō)明】
[0007] 圖IA是圖示根據(jù)示例實(shí)施例的具有示為操作在調(diào)度模式中的優(yōu)化控制器的受控 公共事業(yè)廠規(guī)劃的簡(jiǎn)單示例的框圖。
[0008] 圖IB是圖示根據(jù)示例實(shí)施例的具有示為操作在反饋模式中的優(yōu)化控制器的受控 公共事業(yè)廠規(guī)劃的簡(jiǎn)單示例的框圖。
[0009] 圖2是圖示根據(jù)示例實(shí)施例的用于調(diào)度公共事業(yè)廠中設(shè)備的由優(yōu)化器實(shí)現(xiàn)的方法 的流程圖。
[0010] 圖3是圖示根據(jù)示例實(shí)施例的優(yōu)化器的操作的流程圖。
[0011] 圖4是圖示根據(jù)示例實(shí)施例的提供放松的（relaxed)任務(wù)優(yōu)化的優(yōu)化器的操作的 流程圖。
[0012] 圖5是根據(jù)示例實(shí)施例的W數(shù)學(xué)方程式形式的優(yōu)化器問(wèn)題公式的圖示。
[0013] 圖6是根據(jù)示例實(shí)施例的W數(shù)學(xué)方程式形式的放松的優(yōu)化器問(wèn)題公式的圖示。
[0014] 圖7是圖示根據(jù)示例實(shí)施例的在對(duì)需求中的瞬態(tài)改變進(jìn)行響應(yīng)時(shí)的示例優(yōu)化器操 作的流程圖。
[0015] 圖8是圖示具有根據(jù)圖7的示例的操作成本的需求和鍋爐輸出的圖表。
[0016] 圖9是根據(jù)圖7的示例的鍋爐的熱量輸出的柱狀圖表示。
[0017] 圖10是圖示根據(jù)圖7的示例的鍋爐操作的燃料成本的圖。
[0018] 圖11是根據(jù)示例實(shí)施例的用于實(shí)現(xiàn)優(yōu)化控制器和方法的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的框圖。
[0019] 圖12是示例時(shí)序圖，其示出了根據(jù)示例實(shí)施例的被劃分成調(diào)度間隔和控制間隔的 調(diào)度視圖W及在控制間隔中發(fā)生的動(dòng)作。
【具體實(shí)施方式】
[0020] 在下面的描述中，參考形成其部分的附圖，并且在附圖中通過(guò)圖示的方式示出了 可W實(shí)踐的特定實(shí)施例。運(yùn)些實(shí)施例被描述得足夠詳細(xì)W使得本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠?qū)嵺`本 發(fā)明，并且應(yīng)當(dāng)理解的是，可W利用其它實(shí)施例并且可W在不背離本發(fā)明的范圍的情況下 進(jìn)行結(jié)構(gòu)上、邏輯上和電學(xué)上的改變。因此，示例實(shí)施例的W下描述并不是限制性的，并且 本發(fā)明的范圍由隨附的權(quán)利要求限定。
[0021] 在一個(gè)實(shí)施例中，在此描述的功能或算法可用軟件或軟件和人類(lèi)實(shí)現(xiàn)的過(guò)程的組 合來(lái)實(shí)現(xiàn)。軟件可包括存儲(chǔ)在本地或聯(lián)網(wǎng)的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)或計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)設(shè)備(諸如 一個(gè)或多個(gè)存儲(chǔ)器或其它類(lèi)型的基于硬件的存儲(chǔ)設(shè)備)上的計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令。進(jìn)一步地， 運(yùn)樣的功能對(duì)應(yīng)于模塊，所述模塊是軟件、硬件、固件或其任何組合?？扇缢谕脑谝粋€(gè) 或多個(gè)模塊中執(zhí)行多個(gè)功能，并且所描述的實(shí)施例僅僅是示例。軟件可在數(shù)字信號(hào)處理器、 ASIC、微處理器、或操作在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)(諸如個(gè)人計(jì)算機(jī)、服務(wù)器或其他計(jì)算機(jī)系統(tǒng))上的其 他類(lèi)型的處理器上執(zhí)行。
[0022] 對(duì)受控廠中公共事業(yè)生產(chǎn)的監(jiān)管控制通常由操作員進(jìn)行，潛在地在優(yōu)化器的幫助 下。操作員提前一段時(shí)間確定基本調(diào)度時(shí)段中的廠操作調(diào)度一一廠的每個(gè)設(shè)備的技術(shù)配置 和最佳設(shè)置點(diǎn)。該高層次調(diào)度也可W自動(dòng)地或在循環(huán)中具有操作員的情況下半自動(dòng)地進(jìn) 行。
[0023] 在調(diào)度間隔期間，各種因素的變化影響消耗裝置的能量需求。運(yùn)些因素中的一些 可包括建筑占用率、建筑綜合體中的活動(dòng)、內(nèi)部熱增量、不同于預(yù)測(cè)的天氣條件(云覆蓋，室 外溫度）、不同的室內(nèi)溫度設(shè)置點(diǎn)和其他。必須通過(guò)由低層次控制系統(tǒng)管理的動(dòng)作來(lái)消除與 調(diào)度中預(yù)期的值的偏差。必須持續(xù)地改變能量輸送W覆蓋變化的能量需求。動(dòng)作針對(duì)根據(jù) 預(yù)定義規(guī)則的轉(zhuǎn)換設(shè)備。例如，在一個(gè)控制策略中，熱量需求的變化由能夠平衡該變化的指 定燃?xì)忮仩t平衡一一足夠快的、具有令人滿意的效率和目前足夠的熱量生產(chǎn)能力的鍋爐。 其他鍋爐W恒定輸出操作。當(dāng)一個(gè)鍋爐不能保持平衡時(shí)則采用另一個(gè)。
[0024] 用于定序的另一個(gè)控制策略可利用單個(gè)引領(lǐng)(lead)鍋爐，其中其他聯(lián)網(wǎng)的鍋爐稱(chēng) 為從鍋爐。當(dāng)需求增加時(shí)，引領(lǐng)鍋爐首先啟動(dòng)且從鍋爐按順序次序（1，2,3……）啟動(dòng)直到需 求被滿足為止。當(dāng)需求減小時(shí)，鍋爐按照相反的次序停止，運(yùn)有助于均衡所有鍋爐的運(yùn)行時(shí) 間小時(shí)。未考慮較小的變化，諸如鍋爐調(diào)節(jié)。運(yùn)些策略未開(kāi)發(fā)當(dāng)前控制技術(shù)的潛能，并且在 具有高度互聯(lián)的設(shè)備的現(xiàn)代廠的情況下可能是不足夠的。
[0025] 圖IA是圖示通常在100處的受控公共事業(yè)廠規(guī)劃的簡(jiǎn)單示例的框圖，其中優(yōu)化控 制器110被示為操作在調(diào)度模式中W提供描述公共事業(yè)廠中各種能量生產(chǎn)設(shè)備的開(kāi)啟和關(guān) 閉狀態(tài)的調(diào)度。在調(diào)度模式中，優(yōu)化控制器110操作于前饋模式，而不是反饋模式中。在各種 實(shí)施例中，反饋優(yōu)化器115操作為使用受控廠120中的能量轉(zhuǎn)換的非線性模型執(zhí)行最佳資源 分配的非線性控制器。在反饋模式中，反饋優(yōu)化器115分布關(guān)于如圖IB中指示的較低層次控 制子系統(tǒng)195所需求的能量生產(chǎn)的要求W便控制室內(nèi)溫度。
[0026] 諸如建筑125之類(lèi)的消耗裝置所需求的能量，根據(jù)期望的建筑條件130確定，例如 示出為典型的反饋調(diào)節(jié)器中的期望溫度Td 2rC。觸發(fā)由能量需求預(yù)報(bào)器135提供的能量需 求中的改變的條件可W是超出指定范圍的室內(nèi)溫度、過(guò)高或過(guò)低的家庭熱水供應(yīng)等。條件 變量的測(cè)量值和其期望值之間的差異被需求預(yù)報(bào)器135(也稱(chēng)為反饋調(diào)節(jié)器)變換為估計(jì)的 能量需求改變并傳遞到較高層次非線性控制器，也稱(chēng)為反饋優(yōu)化器115。
[0027] 在一個(gè)實(shí)施例中，需求預(yù)報(bào)器135也可表示為前饋調(diào)節(jié)器的一部分。沒(méi)有評(píng)估差 異，因?yàn)橹荒苁褂媒ㄖ枨蟮哪Ｐ蛠?lái)估計(jì)未來(lái)的室內(nèi)條件。
[0028] 在一個(gè)實(shí)施例中，能量需求預(yù)報(bào)器135不測(cè)量實(shí)際的即時(shí)室內(nèi)條件。相反，預(yù)報(bào)器 135提前例如24小時(shí)使用天氣預(yù)報(bào)、占用率預(yù)報(bào)等估計(jì)能量需求的簡(jiǎn)檔(profile)。根據(jù)該 估計(jì)(預(yù)報(bào))計(jì)算最佳調(diào)度。調(diào)度包括設(shè)備及其操作點(diǎn)（控制器的設(shè)置點(diǎn)）的切換。對(duì)于未來(lái) 的調(diào)度而言，精確的未來(lái)室內(nèi)條件是未知的，因?yàn)楸环Q(chēng)為對(duì)建筑的未來(lái)實(shí)際影響的擾動(dòng)是 未知的。因此，該調(diào)度只是粗略的能量生成計(jì)劃。通過(guò)如圖IB中描繪的閉環(huán)中的反饋控制， 恰好及時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)室內(nèi)條件的更準(zhǔn)確的控制，例如按分鐘地。
[0029] 在一些實(shí)施例中，調(diào)度表示在給定知識(shí)的當(dāng)前狀態(tài)的情況下，對(duì)于某個(gè)完整未來(lái) 時(shí)間間隔而言最佳的開(kāi)啟-關(guān)閉狀態(tài)序列。僅關(guān)于當(dāng)前情況的最佳開(kāi)啟-關(guān)閉配置可能不同 于關(guān)于針對(duì)較長(zhǎng)時(shí)間間隔（例如，提前四天）的優(yōu)化的配置。
[0030] 關(guān)于較長(zhǎng)時(shí)間間隔的優(yōu)化可防止配置的不希望的頻繁改變(例如，鍋爐的頻繁切 換），運(yùn)可能縮短鍋爐或其他設(shè)備的壽命。由本系統(tǒng)執(zhí)行將該調(diào)度(對(duì)較長(zhǎng)間隔而言最佳的 開(kāi)啟-關(guān)閉狀態(tài))與設(shè)置點(diǎn)的短期(在控制間隔方面)閉環(huán)控制相組合。
[0031] 非線性控制器115相對(duì)于在該時(shí)間的可用能力、設(shè)備響應(yīng)時(shí)間、裝置的效率和從外 部供應(yīng)商購(gòu)買(mǎi)的能量的實(shí)時(shí)價(jià)格或針對(duì)能量訂約的價(jià)格而在運(yùn)行設(shè)備之間分布所要求的 需求改變。實(shí)時(shí)價(jià)格是易變的，而訂約的費(fèi)率(tariff)是穩(wěn)定的。非線性控制器115可考慮 實(shí)際價(jià)格，實(shí)時(shí)的或訂約的或兩者，無(wú)論哪個(gè)是適當(dāng)。在100處所示的示例中的公共