基于無中心網(wǎng)絡(luò)的水泵系統(tǒng)、水泵控制器及控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及建筑節(jié)能和智能控制技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種基于無中心網(wǎng)絡(luò)的水栗系統(tǒng)、水栗控制器及控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在中央空調(diào)水系統(tǒng)中，通常使用多臺變頻水栗并聯(lián)，通過調(diào)節(jié)水栗的啟停狀態(tài)和水栗的轉(zhuǎn)速來滿足系統(tǒng)末端的需求。
[0003]在現(xiàn)有的水栗控制系統(tǒng)中，通常采用集中控制的方式，即采用一臺控制器控制所有并聯(lián)的水栗。但是由此導致的后果是:如果要實現(xiàn)并聯(lián)水栗的優(yōu)化控制，需要將所有并聯(lián)水栗的性能參數(shù)由自控廠商寫入控制器，而水栗詳細的性能參數(shù)又是水栗設(shè)備生產(chǎn)廠商不愿公開的，因此可操作性差。此外，這種集中式的控制方式需要對控制器和水栗進行手動配置，帶來大量的現(xiàn)場調(diào)試工作，擴展性也比較差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]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基于無中心網(wǎng)絡(luò)的水栗系統(tǒng)控制方法。該方法具有控制效率高、魯棒性好且擴展性佳的優(yōu)點。
[0005]本發(fā)明的另一個目的在于提出一種基于無中心網(wǎng)絡(luò)的水栗系統(tǒng)。
[0006]本發(fā)明的再一個目的在于提出一種水栗控制器。
[0007]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的第一方面的實施例公開了一種基于無中心網(wǎng)絡(luò)的水栗系統(tǒng)控制方法，包括以下步驟:為所述水栗系統(tǒng)中的每個水栗分別設(shè)置一個控制器，并將所有控制器互聯(lián)以形成無中心網(wǎng)絡(luò)；當水栗控制器判斷達到一定的觸發(fā)條件時，則由該水栗控制器發(fā)起調(diào)節(jié)任務；若系統(tǒng)中存在發(fā)起調(diào)節(jié)任務的水栗控制器，則所述系統(tǒng)中的水栗控制器開始與其相鄰的水栗控制器進行信息交互；經(jīng)過若干次信息交互之后整個系統(tǒng)達到預定的收斂條件，從而確定每臺水栗優(yōu)化后的運行參數(shù)，所述控制器根據(jù)優(yōu)化后的運行參數(shù)控制相應水栗達到相應的運行狀態(tài)；若系統(tǒng)中沒有發(fā)起調(diào)節(jié)任務的水栗控制器，則保持水栗運行參數(shù)不變。
[0008]根據(jù)本發(fā)明實施例的基于無中心網(wǎng)絡(luò)的水栗系統(tǒng)控制方法，利用各并聯(lián)水栗帶通信功能的控制器組建的無中心網(wǎng)絡(luò)，使各并聯(lián)水栗通過自主協(xié)商來決定各臺水栗的啟停和轉(zhuǎn)速，同時使得并聯(lián)水栗總體能效最優(yōu)。本發(fā)明實施例的基于無中心網(wǎng)絡(luò)的水栗系統(tǒng)控制方法，至少具有以下優(yōu)點:
[0009]1.由水栗設(shè)備生產(chǎn)廠商將水栗性能參數(shù)內(nèi)置在控制器中，解決了保密性問題，從而解決了傳統(tǒng)集中式控制方式中自控廠商與設(shè)備廠商溝通環(huán)節(jié)的問題，也使得基于設(shè)備參數(shù)的優(yōu)化控制成為可能，調(diào)高水栗的控制效率。
[0010]2.現(xiàn)場中僅需將拓撲上相鄰的水栗對應的控制器進行通信連接，并聯(lián)水栗即可通過自主協(xié)同，高效地完成控制目標，避免了傳統(tǒng)集中式控制方式中自控廠商介入的繁瑣的人工配置、調(diào)試環(huán)節(jié)，也能做到設(shè)備的即插即用，增強了系統(tǒng)的靈活性、可擴展性。
[0011]3.在理論上保證了對于給定的控制目標，算法收斂的結(jié)果是水栗整體性能最優(yōu)，即水栗開啟的臺數(shù)和開啟水栗的運行轉(zhuǎn)速是最優(yōu)的，可提高水栗的運行效率。
[0012]另外，根據(jù)本發(fā)明上述實施例的基于無中心網(wǎng)絡(luò)的水栗系統(tǒng)控制方法還可以具有如下附加的技術(shù)特征:
[0013]進一步地，每臺運行中的水栗控制器均可以發(fā)起調(diào)節(jié)任務，其余水栗控制器配合所述調(diào)節(jié)任務完成系統(tǒng)運算。
[0014]進一步地，若多臺水栗控制器在相同或相近的時間內(nèi)都發(fā)起調(diào)節(jié)任務，則按照每個調(diào)節(jié)任務分別進行系統(tǒng)運算，然后再通過仲裁機制決定執(zhí)行哪個調(diào)節(jié)任務的運算結(jié)果。
[0015]進一步地，若多臺水栗控制器在相同或相近的時間內(nèi)都發(fā)起調(diào)節(jié)任務，則先通過仲裁機制選出一個發(fā)起者，然后執(zhí)行由該發(fā)起者發(fā)起的調(diào)節(jié)任務。
[0016]進一步地，所述仲裁機制包括人工指定優(yōu)先級、抽簽、搶令牌、隨機指定中的一種或多種。
[0017]進一步地，所述一定的觸發(fā)條件為:由所述控制器采集到的相應水栗當前的壓差測量值與壓差設(shè)定值的偏差絕對值超出了預設(shè)壓差偏差閾值。
[0018]進一步地，所述一定的觸發(fā)條件為:所述水栗控制器達到了預設(shè)的控制周期。
[0019]進一步地，所述一定的觸發(fā)條件為:系統(tǒng)的能耗需要進行優(yōu)化。
[0020]進一步地，發(fā)起調(diào)節(jié)任務的水栗控制器執(zhí)行如下步驟:A.所述控制器參考當前實際工作點，以目標效率點為效率調(diào)節(jié)預期，計算得到新的水栗流量和流量調(diào)節(jié)余量所述控制器將效率調(diào)節(jié)預期和流量調(diào)節(jié)余量寫入傳遞信息，發(fā)送給其相鄰的水栗控制器。
[0021 ] 進一步地，收到傳遞信息的水栗控制器執(zhí)行以下步驟:C.比較接收到的效率調(diào)節(jié)預期和對應水栗當前的效率調(diào)節(jié)預期，參考收到的流量調(diào)節(jié)余量，運算得到新的效率調(diào)節(jié)預期；D.根據(jù)新的效率調(diào)節(jié)預期及接收到的流量調(diào)節(jié)余量，計算得到新的水栗流量和新的流量調(diào)節(jié)余量；并執(zhí)行下述步驟之一:D1:若新的流量調(diào)節(jié)余量的絕對值高于預設(shè)調(diào)節(jié)余量閾值，表明仍未達到調(diào)節(jié)目標，將新的效率調(diào)節(jié)預期和新的流量調(diào)節(jié)余量寫入傳遞信息并發(fā)送給相鄰控制器；D2:若新的流量調(diào)節(jié)余量的絕對值低于預設(shè)調(diào)節(jié)余量閾值，則再執(zhí)行下述步驟之一:D2a:若系統(tǒng)能耗等于或低于本次調(diào)節(jié)任務發(fā)起之前，則不再發(fā)送傳遞信息；D2b:若系統(tǒng)能耗高于本次調(diào)節(jié)任務發(fā)起之前，則將新的目標效率點設(shè)定為效率調(diào)節(jié)預期，計算得到新的水栗流量和新的流量調(diào)節(jié)余量；所述控制器將新的效率調(diào)節(jié)預期和新的流量調(diào)節(jié)余量寫入傳遞信息，發(fā)送給其相鄰的水栗控制器。
[0022]進一步地，所述目標效率點在計算過程中可變。
[0023]進一步地，水栗控制器在計算新的水栗流量時令水栗不出現(xiàn)頻繁啟停的情況。
[0024]進一步地，判斷是否達到預定的收斂條件的過程包括如下步驟:所有接收到傳遞信息的控制器，在接收到傳遞信息的瞬間開始計時，并執(zhí)行下述步驟之一:F1:在預定收斂周期內(nèi)如果后續(xù)沒有收到其它相鄰控制器的傳遞信息，則判定達到預定的收斂條件；F2:在預定收斂周期內(nèi)如果后續(xù)收到了其它相鄰控制器的傳遞信號，則重新計時。
[0025]進一步地，所述信息交互的過程先確定每臺水栗是否開啟再確定開啟的水栗的具體流量。
[0026]進一步地，確定每臺水栗是否開啟的步驟進一步包括如下步驟:整個系統(tǒng)的控制器形成一條鏈路，由鏈首起始向鏈尾依次傳遞信息，所述信息中包括各水栗分別工作在最高效率點時的流量，鏈尾計算出每臺水栗工作在最高效率點或關(guān)閉時的所有組合下對應的系統(tǒng)總流量，并選出總流量最滿足要求的兩種組合，并將數(shù)據(jù)依次回傳至鏈首，此時各水栗控制器知曉其是否應該開啟。
[0027]進一步地，所述總流量最滿足要求指的是在滿足水栗不頻繁啟停的情況下總流量最接近系統(tǒng)總流量需求。
[0028]進一步地，確定每臺水栗是否開啟時在滿足水栗不發(fā)生頻繁啟停的前提下執(zhí)行如下步驟:為每臺水栗設(shè)置一初始開啟概率；每臺水栗控制器均發(fā)起全局加權(quán)求和任務，所述全局加權(quán)求和任務為每個水栗自己的開啟概率乘以自己的在最優(yōu)效率點時的流量的結(jié)果之和；每臺水栗控制器收到除自己之外的其他水栗的加權(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在最優(yōu)效率點時的流量的結(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)總流量需求，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；經(jīng)過若干次迭代每個水栗的開啟概率趨于穩(wěn)定，開啟概率收斂為I或者大于某一預設(shè)閾值的水栗的狀態(tài)設(shè)為開啟；開啟概率收斂為O或者小于某一預設(shè)閾值的水栗的狀態(tài)設(shè)為關(guān)閉。
[0029]進一步地，所述確定開啟的水栗的具體流量的步驟進一步包括如下步驟:
[0030]整個系統(tǒng)的水栗控制器形成一條鏈路，由鏈首依次向鏈尾發(fā)送傳遞信息，所述傳遞信息包括等值的功耗對流量的導數(shù)及各水栗在該導數(shù)下對應的流量；鏈尾對系統(tǒng)總流量求和，若其高于系統(tǒng)總流量需求，且偏差絕對值超過預定閾值則將傳遞信息中的功耗對流量的導數(shù)降低，重新在鏈路中發(fā)送傳遞信息；若其低于系統(tǒng)總流量需求，且偏差絕對值高于預定閾值，則將傳遞信息中的功耗/流量導數(shù)增大，重新在鏈路中發(fā)送傳遞信息；若其與系統(tǒng)總流量需求的偏差絕對值低于或等于預定閾值，則不再發(fā)送傳遞信息，此時系統(tǒng)收斂。[0031 ] 進一步地，鏈路中的鏈首和鏈尾在信息交互過程中可變。
[0032]進一步地，在達到預定的收斂條件時，所有控制器根據(jù)水栗流量值計算水栗的啟停狀態(tài)和/或水栗的轉(zhuǎn)速，并將對應水栗變更為新的運行參數(shù)。
[0033]進一步地，所述無中心網(wǎng)絡(luò)的實現(xiàn)形式為有線網(wǎng)絡(luò)和無線網(wǎng)絡(luò)中二者之一或者二者的組合。
[0034]進一步地，多個所述控制器中的控制算法相同。
[0035]進一步地，所述控制器通過控制與所述水栗相連的變頻器來變更對應水栗的運行參數(shù)。
[0036]進一步地，所述壓差測量值的測量位置根據(jù)控制的需求而指定。
[0037]進一步地，所述壓差測量值指的是水栗的進口和出口之間的壓差值或者末端系統(tǒng)的某個支路的壓差值或者分集水器之間的壓差值。
[0038]進一步地，根據(jù)水栗的性能曲線計算水栗的流量。
[0039]進一步地，水栗性能曲線被輸入到水栗控制器中。
[0040]進一步地，水栗的性能曲線可變，改變的方式包括:人工定期對水栗性能進行測試標定并手動修改；或者控制器內(nèi)部加入自學習算法，在水栗運行的過程中，自動檢測水栗性能并調(diào)整水栗的性能曲線。
[0041]本發(fā)明第二方面的實施例公開了一種基于無中心網(wǎng)絡(luò)的水栗系統(tǒng)，包括:多個水栗，所述多個水栗并聯(lián)設(shè)置；多個控制器，所述多個控制器一一對應地與所述多個水栗相連；所述水栗系統(tǒng)利用如上述實施例所述的控制方法來運行。
[0042]根據(jù)本發(fā)明實施例的基于無中心網(wǎng)絡(luò)的水栗系統(tǒng)，利用各并聯(lián)水栗帶通信功能的控制器組建的無中心網(wǎng)絡(luò)，使各并聯(lián)水栗通過自主協(xié)商來決定各臺水栗的啟停和轉(zhuǎn)速，同時使得并聯(lián)水栗總體能效最優(yōu)。本發(fā)明實施例的基于無中心網(wǎng)絡(luò)的水栗系統(tǒng)，至少具有以下優(yōu)點:
[0043]1.由水栗設(shè)備生產(chǎn)廠商將水栗性能參數(shù)內(nèi)置在控制器中，解決了保密性問題，從而解決了傳統(tǒng)集中式控制方式中自控廠商與設(shè)備廠商溝通環(huán)節(jié)的問題，也使得基于設(shè)備參數(shù)的優(yōu)化控制成為可能，調(diào)高水栗的控制效率。
[0044]2.現(xiàn)場中僅需將拓撲上相鄰的水栗對應的控制器進行通信連接，并聯(lián)水栗即可通過自主協(xié)同，高效地完成控制目標，避免了傳統(tǒng)集中式控制方式中自控廠商介入的繁瑣的人工配置、調(diào)試環(huán)節(jié)，也能做到設(shè)備的即插即用，增強了系統(tǒng)的靈活性、可擴展性。
[0045]3.在理論上保證了對于給定的控制目標，算法收斂的結(jié)果是水栗整體性能最優(yōu)，即水栗開啟的臺數(shù)和開啟水栗的運行轉(zhuǎn)速是最優(yōu)的，可提高水栗的運行效率。
[0046]本發(fā)明第三方面的實施例公開了一種水栗控制器，所有水栗控制器互聯(lián)以形成無中心網(wǎng)絡(luò)，當水栗控制器判斷達到一定的觸發(fā)條件時，所述水栗控制器用于發(fā)起調(diào)節(jié)任務，在系統(tǒng)中存在發(fā)起調(diào)節(jié)任務的水栗控制器時，所述水栗控制器開始與其相鄰的水栗控制器進行信息交互，并經(jīng)過若干次信息交互之后達到預定的收斂條件，從而確定每臺水栗優(yōu)化后的運行參數(shù)，所述水栗控制器根據(jù)優(yōu)化后的運行參數(shù)控制相應水栗達到相應的運行狀態(tài)，以及在系統(tǒng)中沒有發(fā)起調(diào)節(jié)任務的水栗控制器時，保持相應的水栗運行參數(shù)不變。
[0047]根據(jù)本發(fā)明實施例的水栗控制器，使各并聯(lián)水栗平等地自主協(xié)調(diào)完成控制目標，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、魯棒性及可擴展性。
【附圖說明