本發(fā)明涉及分布式能源控制技術(shù)領(lǐng)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(shù)：

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(shù)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(fèi)地點(diǎn)(或附近)發(fā)電，高效利用發(fā)電產(chǎn)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(yuǎn)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(diǎn)。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(yīng)用。

當(dāng)前，分布式能源的運(yùn)行控制方式通常采用集中式的控制方法，即在每個(gè)能源站處設(shè)置中央監(jiān)控室，設(shè)有一臺(tái)或者多臺(tái)中央監(jiān)控電腦，采集分布式能源系統(tǒng)的運(yùn)行數(shù)據(jù)，計(jì)算優(yōu)化運(yùn)行參數(shù)，控制能源站設(shè)備的運(yùn)行。能源站內(nèi)的每臺(tái)機(jī)電設(shè)備一般設(shè)有本地控制，根據(jù)中央監(jiān)控電腦給出的優(yōu)化運(yùn)行參數(shù)，通過本地控制的局部閉環(huán)控制，調(diào)節(jié)設(shè)備出力，使得被控參數(shù)達(dá)到中央監(jiān)控電腦給定的設(shè)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(yuǎn)程方法及其系統(tǒng)》(申請?zhí)?01510555609.x)，采用scada遠(yuǎn)程服務(wù)器收集燃?xì)夤?yīng)控制子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)信息產(chǎn)生控制指令，對燃?xì)夤?yīng)控制子系統(tǒng)和燃?xì)廨啓C(jī)控制子系統(tǒng)的遠(yuǎn)程控制，實(shí)質(zhì)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(diǎn)處對每個(gè)被控設(shè)備、采集數(shù)據(jù)用的傳感器等信息點(diǎn)進(jìn)行物理地址、邏輯參數(shù)等信息的設(shè)置，并且中央監(jiān)控電腦的信息設(shè)置必須與信息點(diǎn)的本地設(shè)置一致，否則無法實(shí)現(xiàn)信息點(diǎn)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(dòng)完成，因此導(dǎo)致能源站控制系統(tǒng)組網(wǎng)過程中工作量大、人工和時(shí)間成本高、容易出錯(cuò)等問題，而且以后升級、改造時(shí)，還需要靠人工再次進(jìn)行配置。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)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(shù)方案來實(shí)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(jī)及光纖通信實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的交換，形成能源站控制網(wǎng)絡(luò)，所述無中心協(xié)同控制系統(tǒng)包括設(shè)置于各分布式能源站中的一個(gè)或多個(gè)機(jī)電設(shè)備控制器、一個(gè)或多個(gè)智能傳感器和一個(gè)或多個(gè)智能執(zhí)行器，所述機(jī)電設(shè)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(jī)連接，形成無中心和扁平化的對等網(wǎng)絡(luò)，其中，

所述機(jī)電設(shè)備控制器，與被控機(jī)電設(shè)備連接，作為分布式計(jì)算節(jié)點(diǎn)和通信節(jié)點(diǎn)，用于實(shí)現(xiàn)被控機(jī)電設(shè)備的本地控制器與能源站控制網(wǎng)絡(luò)間的通信以及通過分布式計(jì)算與其它節(jié)點(diǎn)協(xié)同完成優(yōu)化控制計(jì)算任務(wù)；

所述智能傳感器，作為分布式計(jì)算節(jié)點(diǎn)和通信節(jié)點(diǎn)，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(luò)以及通過分布式計(jì)算與其它節(jié)點(diǎn)協(xié)同完成優(yōu)化控制計(jì)算任務(wù)；

所述智能執(zhí)行器，作為分布式計(jì)算節(jié)點(diǎn)和通信節(jié)點(diǎn)，用于將被控機(jī)電設(shè)備的狀態(tài)以通信方式傳遞給能源站控制網(wǎng)絡(luò)、以通信方式接收能源站控制網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)作指令并調(diào)節(jié)設(shè)備動(dòng)作以及通過分布式計(jì)算與其它節(jié)點(diǎn)協(xié)同完成優(yōu)化控制計(jì)算任務(wù)。

優(yōu)選地，所述被控機(jī)電設(shè)備包括壓縮式冷水機(jī)組、吸收式冷水機(jī)組、熱泵、鍋爐、發(fā)電機(jī)、光伏發(fā)電裝置、風(fēng)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(gè)或多個(gè)數(shù)據(jù)備份存儲(chǔ)設(shè)備，分別連接機(jī)電設(shè)備控制器、智能傳感器和智能執(zhí)行器，用于備份各個(gè)分布式計(jì)算節(jié)點(diǎn)處分布式存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)。

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

優(yōu)選地，還包括與交換機(jī)連接的人機(jī)交互裝置，用于實(shí)現(xiàn)整個(gè)無中心協(xié)同控制系統(tǒng)的狀態(tài)查看與運(yùn)行參數(shù)設(shè)置。

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

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(shè)定區(qū)域范圍內(nèi)的多個(gè)不同規(guī)模的分布式能源站的無中心自組織控制網(wǎng)絡(luò)，以總能耗最小、總能效最高和總費(fèi)用最小為集成優(yōu)化目標(biāo)，采用分布式計(jì)算方法，獲得最優(yōu)運(yùn)行參數(shù)，實(shí)現(xiàn)各分布式能源站之間的互聯(lián)互濟(jì)優(yōu)化運(yùn)行。

優(yōu)選地，所述最優(yōu)運(yùn)行參數(shù)在每個(gè)優(yōu)化控制時(shí)間周期內(nèi)計(jì)算一次。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：

(1)本發(fā)明控制系統(tǒng)在各分布式能源站中設(shè)置機(jī)電設(shè)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(luò)，可實(shí)現(xiàn)多個(gè)分布式能源站控制系統(tǒng)的自組網(wǎng)、控制設(shè)備的即插即用、基于分布式計(jì)算的全局優(yōu)化控制功能，可以實(shí)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(shè)置有數(shù)據(jù)備份存儲(chǔ)設(shè)備，采用硬盤、光盤等存儲(chǔ)介質(zhì)將各個(gè)分布式計(jì)算節(jié)點(diǎn)處分布式存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)備份進(jìn)行存儲(chǔ)，安全可靠性高；

(3)本發(fā)明可通過人機(jī)交互裝置實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的狀態(tài)查看與運(yùn)行參數(shù)設(shè)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(shù)應(yīng)用于分布式能源的控制中，通過建立多個(gè)分布式能源站的無中心自組織控制網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)多能源站之間的互聯(lián)互濟(jì)優(yōu)化運(yùn)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(fèi)用最小為集成優(yōu)化目標(biāo)，使得系統(tǒng)運(yùn)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(gòu)圖；

圖2為本發(fā)明的控制邏輯流程圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。本實(shí)施例以本發(fā)明技術(shù)方案為前提進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)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(jī)及光纖通信實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的交換，形成能源站控制網(wǎng)絡(luò)，無中心協(xié)同控制系統(tǒng)包括設(shè)置于各分布式能源站中的一個(gè)或多個(gè)機(jī)電設(shè)備控制器、一個(gè)或多個(gè)智能傳感器和一個(gè)或多個(gè)智能執(zhí)行器，機(jī)電設(shè)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(jī)連接，形成無中心和扁平化的對等網(wǎng)絡(luò)，無線路由器通過以太網(wǎng)與交換機(jī)之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。其中，機(jī)電設(shè)備控制器，與被控機(jī)電設(shè)備連接，作為分布式計(jì)算節(jié)點(diǎn)和通信節(jié)點(diǎn)，用于實(shí)現(xiàn)被控機(jī)電設(shè)備的本地控制器與能源站控制網(wǎng)絡(luò)間的通信以及通過分布式計(jì)算與其它節(jié)點(diǎn)協(xié)同完成優(yōu)化控制計(jì)算任務(wù)；智能傳感器，作為分布式計(jì)算節(jié)點(diǎn)和通信節(jié)點(diǎn)，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(luò)以及通過分布式計(jì)算與其它節(jié)點(diǎn)協(xié)同完成優(yōu)化控制計(jì)算任務(wù)；智能執(zhí)行器，作為分布式計(jì)算節(jié)點(diǎn)和通信節(jié)點(diǎn)，用于將被控機(jī)電設(shè)備的狀態(tài)以通信方式傳遞給能源站控制網(wǎng)絡(luò)、以通信方式接收能源站控制網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)作指令并調(diào)節(jié)設(shè)備動(dòng)作以及通過分布式計(jì)算與其它節(jié)點(diǎn)協(xié)同完成優(yōu)化控制計(jì)算任務(wù)。

所述被控機(jī)電設(shè)備包括壓縮式冷水機(jī)組、吸收式冷水機(jī)組、熱泵、鍋爐、發(fā)電機(jī)、光伏發(fā)電裝置、風(fēng)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(gè)能源站之間以及能源站內(nèi)部的系統(tǒng)連接關(guān)系。本實(shí)施例中，機(jī)電設(shè)備控制器包括冷水機(jī)組智能節(jié)點(diǎn)、熱泵智能節(jié)點(diǎn)、鍋爐智能節(jié)點(diǎn)、發(fā)電機(jī)組智能節(jié)點(diǎn)、水泵智能節(jié)點(diǎn)、冷卻塔智能節(jié)點(diǎn)和電力并網(wǎng)智能節(jié)點(diǎn)，其中，冷水機(jī)組智能節(jié)點(diǎn)通過485總線與冷水機(jī)組本地控制器相連，讀取冷水機(jī)組的運(yùn)行參數(shù)，并將控制系統(tǒng)計(jì)算出的最優(yōu)冷凍水供水溫度設(shè)定值傳遞給冷水機(jī)組；熱泵智能節(jié)點(diǎn)通過485總線與熱泵本地控制器相連，讀取熱泵的運(yùn)行參數(shù)，并將控制系統(tǒng)計(jì)算出的最優(yōu)空調(diào)熱水供水溫度設(shè)定值傳遞給熱泵；鍋爐智能節(jié)點(diǎn)通過485總線與鍋爐本地控制器相連，讀取鍋爐的運(yùn)行參數(shù)，并將控制系統(tǒng)計(jì)算出的最優(yōu)空調(diào)熱水供水溫度設(shè)定值傳遞給鍋爐；發(fā)電機(jī)組智能節(jié)點(diǎn)通過485總線與發(fā)電機(jī)組本地控制器相連，讀取發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行參數(shù)，并將控制系統(tǒng)計(jì)算出的最優(yōu)發(fā)電功率設(shè)定值傳遞給發(fā)電機(jī)組；水泵智能節(jié)點(diǎn)通過485總線與水泵本地控制器相連，讀取水泵的運(yùn)行參數(shù)，并將控制系統(tǒng)計(jì)算出的最優(yōu)水泵轉(zhuǎn)速設(shè)定值傳遞給水泵；冷卻塔智能節(jié)點(diǎn)通過485總線與冷卻塔本地控制器相連，讀取冷卻塔的運(yùn)行參數(shù)，并將控制系統(tǒng)計(jì)算出的最優(yōu)冷卻塔風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速設(shè)定值傳遞給冷卻塔；電力并網(wǎng)智能節(jié)點(diǎn)通過485總線與并網(wǎng)控制器相連，讀取電力的運(yùn)行參數(shù)，并將控制系統(tǒng)計(jì)算出的最優(yōu)取電/售電功率設(shè)定值傳遞給并網(wǎng)控制器。

本實(shí)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(yīng)溫度請求指令，參與計(jì)算空調(diào)冷熱負(fù)荷；供水流量智能傳感器響應(yīng)流量請求指令，參與計(jì)算空調(diào)冷熱負(fù)荷；供回水壓差智能傳感器響應(yīng)壓差請求指令，計(jì)算并發(fā)出水泵轉(zhuǎn)速設(shè)定值；蓄冷/熱/電量智能傳感器響應(yīng)蓄冷/熱/電量請求指令，控制蓄/釋冷/熱/電相關(guān)設(shè)備的啟停。

本實(shí)施例中，智能執(zhí)行器包括閥門開度執(zhí)行器，響應(yīng)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(diào)節(jié)和運(yùn)行工況的切換。

本發(fā)明的另一實(shí)施例中，無中心協(xié)同控制系統(tǒng)還包括一個(gè)或多個(gè)數(shù)據(jù)備份存儲(chǔ)設(shè)備，分別連接機(jī)電設(shè)備控制器、智能傳感器和智能執(zhí)行器，用于備份各個(gè)分布式計(jì)算節(jié)點(diǎn)處分布式存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)。所述數(shù)據(jù)備份存儲(chǔ)設(shè)備包括硬盤、光盤等存儲(chǔ)介質(zhì)，實(shí)現(xiàn)分布式存儲(chǔ)，將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)于各自本地的智能節(jié)點(diǎn)的存儲(chǔ)空間中。

本發(fā)明的另一實(shí)施例中，無中心協(xié)同控制系統(tǒng)還包括與交換機(jī)連接的人機(jī)交互裝置，用于實(shí)現(xiàn)整個(gè)無中心協(xié)同控制系統(tǒng)的狀態(tài)查看與運(yùn)行參數(shù)設(shè)置，所述人機(jī)交互裝置包括臺(tái)式電腦、筆記本電腦、平板電腦或智能手機(jī)。

本實(shí)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(shè)定區(qū)域范圍內(nèi)的多個(gè)不同規(guī)模的分布式能源站的無中心自組織控制網(wǎng)絡(luò)，以總能耗最小、總能效最高和總費(fèi)用最小為集成優(yōu)化目標(biāo)，采用分布式計(jì)算方法，獲得最優(yōu)運(yùn)行參數(shù)，實(shí)現(xiàn)各分布式能源站之間的互聯(lián)互濟(jì)優(yōu)化運(yùn)行，所述最優(yōu)運(yùn)行參數(shù)在每個(gè)優(yōu)化控制時(shí)間周期內(nèi)計(jì)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(yùn)行參數(shù)：最優(yōu)的冷水機(jī)組、鍋爐、熱泵、水泵、冷卻塔、發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行臺(tái)數(shù)、最優(yōu)的空調(diào)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(shí)間和釋冷/熱/電時(shí)間、最優(yōu)的市政電網(wǎng)取電時(shí)間和功率、最優(yōu)的向市政電網(wǎng)售電時(shí)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(dòng)后，各個(gè)智能節(jié)點(diǎn)通過無線路由器尋址，自動(dòng)分配以太網(wǎng)地址，自動(dòng)組成控制系統(tǒng)的信息網(wǎng)絡(luò)。組網(wǎng)完成后，根據(jù)各個(gè)智能節(jié)點(diǎn)的默認(rèn)初始化參數(shù)，按照內(nèi)置的啟動(dòng)順序啟動(dòng)相應(yīng)設(shè)備，并調(diào)節(jié)設(shè)備出力，滿足初始設(shè)定參數(shù)的要求。每個(gè)控制時(shí)間周期，例如每滿10分鐘，判斷當(dāng)前時(shí)間是否處于蓄冷/熱/電時(shí)段，如果處于該時(shí)段，則執(zhí)行預(yù)設(shè)的蓄冷/熱/電運(yùn)行策略，否則執(zhí)行非蓄冷/熱/電運(yùn)行策略。每個(gè)優(yōu)化控制時(shí)間周期，例如每小時(shí)的整點(diǎn)時(shí)刻，發(fā)起優(yōu)化控制計(jì)算，各個(gè)智能節(jié)點(diǎn)通過分布式計(jì)算的方法，求解優(yōu)化問題，確定最優(yōu)的空調(diào)冷熱水供水溫度和流量、水泵轉(zhuǎn)速、冷卻塔風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速、發(fā)電功率、市政電網(wǎng)取電/售電功率等最優(yōu)運(yùn)行參數(shù)，并把這些最優(yōu)運(yùn)行參數(shù)傳遞給相應(yīng)設(shè)備，調(diào)節(jié)設(shè)備出力，達(dá)到最優(yōu)運(yùn)行參數(shù)的要求。如此循環(huán)下去，實(shí)現(xiàn)基于無中心、自組織的多個(gè)分布式能源站的協(xié)同控制和優(yōu)化運(yùn)行。

以上詳細(xì)描述了本發(fā)明的較佳具體實(shí)施例。應(yīng)當(dāng)理解，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員無需創(chuàng)造性勞動(dòng)就可以根據(jù)本發(fā)明的構(gòu)思作出諸多修改和變化。因此，凡本技術(shù)領(lǐng)域中技術(shù)人員依本發(fā)明的構(gòu)思在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上通過邏輯分析、推理或者有限的實(shí)驗(yàn)可以得到的技術(shù)方案，皆應(yīng)在由權(quán)利要求書所確定的保護(hù)范圍內(nèi)。