能效控制方法和装置与流程

本发明涉及设备控制技术领域，具体而言，涉及一种能效控制方法和装置。

背景技术：

目前，变频技术因其启动平稳无冲击、调节方便准确以及运行节能等优点，被广泛应用。在一些冷源或冷站系统中，也可以采用变频器来控制水泵以及风机转速，以实现水量和风量的调节。

虽然在一些冷源系统中采用了变频器来进行水量和风量的调节，但在实际的控制过程中，往往是基于进出水的温度变化来自动进行调节的。在有些场合虽然选用了变频器，但一般却是手动进行控制的，风机或水泵一般是按照某一恒定频率/转速运行的。即，在这些冷源系统中，虽然使用了变频器技术，但并不是以冷源系统能效最优来进行控制的，这不仅增加了工程投资，工程节能效果往往也达不到理想的状态。

针对上述问题，目前尚未提出有效的解决方式。

技术实现要素：

本发明实施例提供了一种能效控制方法和装置，以提高能效，减少资源浪费。

一方面，提供了一种能效控制方法，包括：

建立耗能部件的目标函数；

获取耗能部件运行过程中的约束条件；

通过所述约束条件，求取所述目标函数的最优解，其中，所述最优解表征目标函数取最小值时，耗能部件的参数组合；

根据所述最优解，对所述耗能部件进行控制。

在一个实施方式中，建立耗能部件的目标函数进行控制，包括：

获取能耗部件在运行过程中的运行参数；

根据所述运行参数，拟合得到目标函数。

在一个实施方式中，所述能耗部件包括以下至少之一：风机、水泵和冷水机组。

在一个实施方式中，所述运行参数包括以下至少之一：

冷冻水进水温度、冷冻水出水温度、冷却水进水温度、冷却水出水温度、水泵运行频率、水泵的转速，风机的转速、风机运行频率。

在一个实施方式中，耗能部件的参数组合包括以下至少之一：风机的开启台数、水泵的开启台数、风机运行频率、水泵运行频率。

在一个实施方式中，所述约束条件包括以下至少之一：冷冻出水温度不大于冷冻进水温度、冷却进水温度不大于冷却出水温度、水泵与风机的运行频率不高于最大值运行频率、水泵与风机的最小运行频率、冷冻水泵以及冷却水泵同时开启的数量不小于1。

在一个实施方式中，通过所述约束条件，求取所述目标函数的最优解，包括：

通过预设的最优化算法，基于所述约束条件，求取所述目标函数的最优解。

在一个实施方式中，所述最优化算法包括以下至少之一：共轭梯度法、最速下降法、牛顿法、序列二次规划法、粒子群算法、遗传算法。

另一方面，提供了一种能效控制装置，包括：

建立模块，用于建立耗能部件的目标函数；

获取模块，用于获取耗能部件运行过程中的约束条件；

求取模块，用于通过所述约束条件，求取所述目标函数的最优解，其中，所述最优解表征目标函数取最小值时，耗能部件的参数组合；

控制模块，用于根据所述最优解，对所述耗能部件进行控制。

在一个实施方式中，所述建立模块包括：

获取单元，用于获取能耗部件在运行过程中的运行参数；

拟合单元，用于根据所述运行参数，拟合得到目标函数。

在一个实施方式中，所述能耗部件包括以下至少之一：风机、水泵和冷水机组。

在一个实施方式中，所述运行参数包括以下至少之一：

冷冻水进水温度、冷冻水出水温度、冷却水进水温度、冷却水出水温度、水泵运行频率、水泵的转速，风机的转速、风机运行频率。

在一个实施方式中，耗能部件的参数组合包括以下至少之一：风机的开启台数、水泵的开启台数、风机运行频率、水泵运行频率。

又一方面，提供了一种冷源设备，包括：上述的能效控制装置。

又一方面，提供了一种网络设备，包括：存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述方法的步骤。

又一方面，提供了一种非易失性计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述方法的步骤。

在上述实施例中，建立耗能部件的目标函数，并获取耗能部件运行过程中的约束条件；通过所述约束条件，求取所述目标函数的最优解，其中，所述最优解表征目标函数取最小值时，耗能部件的参数组合，根据所述最优解，对所述耗能部件进行控制。即，使得在一定输出量的情况下，能耗最小，从而可以解决现有的能耗过高、资源浪费的技术问题，达到了提高能效，减少资源浪费的技术效果。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是根据本发明实施例的能效控制方法的方法流程图；

图2是根据本发明实施例的最优化控制示意图；

图3是根据本发明实施例的能效控制装置的结构框图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施方式和附图，对本发明做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施方式及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

考虑到在冷源系统中，系统能效等于冷水机组制冷量除以冷水机组输入功率、冷冻水泵输入功率、冷却水泵输入功率以及冷却风机输入功率之和。正常情况下，末端负荷大小决定了机组制冷输出量的大小，受人为影响较小，但风机和水泵的开启台数以及频率一般是可以人工进行干预的。在机组正常运行的前提下，有不同的台数及频率组合，总有一种组合可以使得整体输入功率最小，从而使得整个冷源系统运行能效最优。

即，在本例中提出了一种冷源能效最优化控制方法，通过该方法可以自动调整冷源系统变频风机和水泵频率以及开启台数，从而使得整个冷源系统运行能效最优。

如图1所示，提供了一种能效控制方法，可以包括如下步骤：

步骤101：建立耗能部件的目标函数；

步骤102：获取耗能部件运行过程中的约束条件；

步骤103：通过所述约束条件，求取所述目标函数的最优解，其中，所述最优解表征目标函数取最小值时，耗能部件的参数组合；

步骤104：根据所述最优解，对所述耗能部件进行控制。

在上例中，建立耗能部件的目标函数，并获取耗能部件运行过程中的约束条件；通过所述约束条件，求取所述目标函数的最优解，其中，所述最优解表征目标函数取最小值时，耗能部件的参数组合，根据所述最优解，对所述耗能部件进行控制。即，使得在一定输出量的情况下，能耗最小，从而可以解决现有的能耗过高、资源浪费的技术问题，达到了提高能效，减少资源浪费的技术效果。

具体的，上述目标函数可以是根据运行参数拟合得到的，即建立耗能部件的目标函数进行控制，可以包括：

s1：获取能耗部件在运行过程中的运行参数；

s2：根据所述运行参数，拟合得到目标函数。

例如：对于冷源系统，耗能部件主要有冷水机组、冷却水泵和冷却风机，能耗目标函数就是这些耗能部件的运行能耗之和。

因此，目标函数可以表示为：

minf目标函数＝w冷水机组+w水泵+w风机

下面对上述公式中冷水机组、冷却水泵和冷却风机的运行能耗说明如下：

1)冷水机组：

冷水机组运行能耗与冷冻水流量、冷却水流量、冷冻水进出水温差以及冷却水进出水温差等参数有关，因此，可以根据机组运行过程中收集到的参数(冷冻水流量、冷却水流量、冷冻水进出水温差以及冷却水进出水温差等参数)，拟合得到冷水机组的能耗数学模型：

w冷水机组∝w(t冷冻进水,t冷冻出水,t冷却进水,t冷却出水,f水泵,l)

其中，t冷冻进水表示冷冻水进水温度、t冷冻出水表示冷冻水出水温度、t冷却进水表示冷却水进水温度、t冷却出水表示冷却水出水温度、f水泵表示水泵运行频率，即，通过运行频率来表征能耗与流量之间的关系。

2)冷却水泵：

冷却水泵的运行能耗与冷却水泵的转速相关，即，与冷却水泵的运行频率有关，因此，可以拟合得到冷却水泵的能耗数学模型：

w水泵∝w(n水泵)∝w(f水泵)

其中，n水泵表示水泵的转速，f水泵表示水泵的运行频率。

3)冷却风机：

冷却风机的运行能耗与冷却风机的转速相关，即，与冷却风机的运行频率有关，因此，可以拟合得到冷却风机的能耗数学模型：

w风机∝w(n风机)∝w(f风机)

其中，n风机表示风机的转速，f风机表示风机的运行频率。

即，上述的能耗部件可以包括但不限于以下一种或者多种：风机、水泵和冷水机组。

上述运行参数可以包括以下至少之一：冷冻水进水温度、冷冻水出水温度、冷却水进水温度、冷却水出水温度、水泵运行频率、水泵的转速，风机的转速、风机运行频率。即，基于这些运行参数，可以建立目标函数。

在实际进行目标参数求解的时候，可以是在保证整个冷源系统有一定制冷量输出的情况下，控制能耗最低，从而使得整个系统能效最优，以避免能源浪费。

上述耗能部件的参数组合可以包括以下至少之一：风机的开启台数、水泵的开启台数、风机运行频率、水泵运行频率。即，可以基于上述目标函数，确定出这些参数。

在求取最优解的时候，一般需要设置约束条件，其中，约束条件可以包括但不限于以下至少之一：冷冻出水温度不大于冷冻进水温度、冷却进水温度不大于冷却出水温度、水泵与风机的运行频率不高于最大值运行频率、水泵与风机的最小运行频率、冷冻水泵以及冷却水泵同时开启的数量不小于1。

在实际求解的时候，可以通过预设的最优化算法，基于所述约束条件，求取所述目标函数的最优解。其中，最优化算法可以包括但不限于以下至少之一：共轭梯度法、最速下降法、牛顿法、序列二次规划法、粒子群算法、遗传算法。

下面结合一个具体实施例对上述方法进行说明，然而，值得注意的是，该具体实施例仅是为了更好地说明本申请，并不构成对申请的不当限定。

在本例中，通过提供一种冷源能效最优化控制方法，可以自动调整冷源系统中风机和水泵的运行频率以及运行台数，在满足正常运行条件下，使得整个系统运行能耗最小、系统能效最优，以达到节省能源和运行成本的效果。

考虑到系统能效等于冷水机组制冷量除以冷水机组输入功率、冷冻水泵输入功率、冷却水泵输入功率以及冷却风机输入功率之和。

因此，对于冷源系统，耗能部件主要有冷水机组、冷却水泵和冷却风机，能耗目标函数就是这些耗能部件的运行能耗之和。

因此，目标函数可以表示为：

minf目标函数＝w冷水机组+w水泵+w风机

下面对上述公式中冷水机组、冷却水泵和冷却风机的运行能耗说明如下：

1)冷水机组：

冷水机组运行能耗与冷冻水流量、冷却水流量、冷冻水进出水温差以及冷却水进出水温差等参数有关，因此，可以根据机组运行过程中收集到的参数(冷冻水流量、冷却水流量、冷冻水进出水温差以及冷却水进出水温差等参数)，拟合得到冷水机组的能耗数学模型：

w冷水机组∝w(t冷冻进水,t冷冻出水,t冷却进水,t冷却出水,f水泵,l)

其中，t冷冻进水表示冷冻水进水温度、t冷冻出水表示冷冻水出水温度、t冷却进水表示冷却水进水温度、t冷却出水表示冷却水出水温度、f水泵表示水泵运行频率，即，通过运行频率来表征能耗与流量之间的关系。

2)冷却水泵：

冷却水泵的运行能耗与冷却水泵的转速相关，即，与冷却水泵的运行频率有关，因此，可以拟合得到冷却水泵的能耗数学模型：

w水泵∝w(n水泵)∝w(f水泵)

其中，n水泵表示水泵的转速，f水泵表示水泵的运行频率。

3)冷却风机：

冷却风机的运行能耗与冷却风机的转速相关，即，与冷却风机的运行频率有关，因此，可以拟合得到冷却风机的能耗数学模型：

w风机∝w(n风机)∝w(f风机)

其中，n风机表示风机的转速，f风机表示风机的运行频率。

具体的，最优化控制器可以根据系统运行过程中反馈回来的各项参数，根据非线性规划等拟合方式，建立得到各能耗部件的数学模型，且可以进行定期的匹配更新。

为了使得可以更为准确地确定目标函数的最优解，往往需要指定一些约束条件，具体的，可以按照如下方式设置约束条件：

1)一些基本的常规需求作为约束条件：

冷冻出水温度不大于冷冻进水温度；

冷却进水温度不大于冷却出水温度；

水泵与风机的运行频率不超过最大值等。

2)为了保证水泵以及风机的有效运行，可以设置最小运行频率的约束。

3)为了保证冷水机组正常运行，冷冻水泵以及冷却水泵同时开启的数量不小于1；

4)为了使得最优化控制可以尽快计算得到最优解，根据工程的不同，可以基于实际情况设置不同的约束条件。

在进行最优计算的时候，可以采用如下算法之一进行：

1)传统的基于梯度的算法，例如：共轭梯度法、最速下降法、牛顿法及序列二次规划法等算法；

2)新型算法，例如：：粒子群算法(pso)、遗传算法(ga)等。

通过最优化算法，可以迅速高效计算出目标函数的最优解，在计算得到最优解之后，最优化控制器可以将最优解(最优参数组合)指令发送给各能耗部件，控制各能耗按照指令运行，从而可以使得各能耗部件的运行能耗之和最小，能效最优。

在实现的时候，基于最优化算法，根据具体能耗目标函数以及相应的约束条件，能够计算出能耗目标函数处于最小值情况下风机、水泵及冷水机组运行参数，如图2所示，虚线部分表示最优化控制器根据冷水机组、水泵以及风机反馈运行参数，建立各部件能耗数学模型；实线部分表示最优化控制器根据能耗数学模型以及一些具体的约束条件，得出最佳控策略，并将结果作用于各个部件上，使得各部件工作组合形式朝着能耗最小方向改变。

基于同一发明构思，本发明实施例中还提供了一种能效控制装置，如下面的实施例所述。由于能效控制装置解决问题的原理与能效控制方法相似，因此能效控制装置的实施可以参见能效控制方法的实施，重复之处不再赘述。以下所使用的，术语“单元”或者“模块”可以实现预定功能的软件和/或硬件的组合。尽管以下实施例所描述的装置较佳地以软件来实现，但是硬件，或者软件和硬件的组合的实现也是可能并被构想的。图3是本发明实施例的能效控制装置的一种结构框图，如图3所示，可以包括：建立模块301、获取模块302、求取模块303和控制模块304，下面对该结构进行说明。

建立模块301，用于建立模块建立耗能部件的目标函数；

获取模块302，用于获取耗能部件运行过程中的约束条件；

求取模块303，用于通过所述约束条件，求取所述目标函数的最优解，其中，所述最优解表征目标函数取最小值时，耗能部件的参数组合；

控制模块304，用于根据所述最优解，对所述耗能部件进行控制。

在一个实施方式中，建立模块301可以包括：获取单元，用于获取能耗部件在运行过程中的运行参数；拟合单元，用于根据运行参数，拟合得到目标函数。

在一个实施方式中，上述能耗部件可以包括但不限于以下至少之一：风机、水泵和冷水机组。

在一个实施方式中，上述运行参数可以包括但不限于以下至少之一：冷冻水进水温度、冷冻水出水温度、冷却水进水温度、冷却水出水温度、水泵运行频率、水泵的转速，风机的转速、风机运行频率。

在一个实施方式中，上述耗能部件的参数组合可以包括但不限于以下至少之一：风机的开启台数、水泵的开启台数、风机运行频率、水泵运行频率。

在一个实施方式中，上述约束条件可以包括但不限于以下至少之一：冷冻出水温度不大于冷冻进水温度、冷却进水温度不大于冷却出水温度、水泵与风机的运行频率不高于最大值运行频率、水泵与风机的最小运行频率、冷冻水泵以及冷却水泵同时开启的数量不小于1。

在一个实施方式中，求取模块303具体可以通过预设的最优化算法，基于所述约束条件，求取所述目标函数的最优解。

在一个实施方式中，最优化算法可以包括但不限于以下至少之一：共轭梯度法、最速下降法、牛顿法、序列二次规划法、粒子群算法、遗传算法。

在另外一个实施例中，还提供了一种软件，该软件用于执行上述实施例及优选实施方式中描述的技术方案。

在另外一个实施例中，还提供了一种存储介质，该存储介质中存储有上述软件，该存储介质包括但不限于：光盘、软盘、硬盘、可擦写存储器等。

从以上的描述中，可以看出，本发明实施例实现了如下技术效果：建立耗能部件的目标函数，并获取耗能部件运行过程中的约束条件；通过所述约束条件，求取所述目标函数的最优解，其中，所述最优解表征目标函数取最小值时，耗能部件的参数组合，根据所述最优解，对所述耗能部件进行控制。即，使得在一定输出量的情况下，能耗最小，从而可以解决现有的能耗过高、资源浪费的技术问题，达到了提高能效，减少资源浪费的技术效果。

尽管本申请内容中提到不同的具体实施例，但是，本申请并不局限于必须是行业标准或实施例所描述的情况等，某些行业标准或者使用自定义方式或实施例描述的实施基础上略加修改后的实施方案也可以实现上述实施例相同、等同或相近、或变形后可预料的实施效果。应用这些修改或变形后的数据获取、处理、输出、判断方式等的实施例，仍然可以属于本申请的可选实施方案范围之内。

虽然本申请提供了如实施例或流程图所述的方法操作步骤，但基于常规或者无创造性的手段可以包括更多或者更少的操作步骤。实施例中列举的步骤顺序仅仅为众多步骤执行顺序中的一种方式，不代表唯一的执行顺序。在实际中的装置或客户端产品执行时，可以按照实施例或者附图所示的方法顺序执行或者并行执行(例如并行处理器或者多线程处理的环境，甚至为分布式数据处理环境)。术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、产品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、产品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，并不排除在包括所述要素的过程、方法、产品或者设备中还存在另外的相同或等同要素。

上述实施例阐明的装置或模块等，具体可以由计算机芯片或实体实现，或者由具有某种功能的产品来实现。为了描述的方便，描述以上装置时以功能分为各种模块分别描述。当然，在实施本申请时可以把各模块的功能在同一个或多个软件和/或硬件中实现，也可以将实现同一功能的模块由多个子模块的组合实现等。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述模块的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个模块或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。

本领域技术人员也知道，除了以纯计算机可读程序代码方式实现控制器以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得控制器以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器和嵌入微控制器等的形式来实现相同功能。因此这种控制器可以被认为是一种硬件部件，而对其内部包括的用于实现各种功能的装置也可以视为硬件部件内的结构。或者甚至，可以将用于实现各种功能的装置视为既可以是实现方法的软件模块又可以是硬件部件内的结构。

本申请可以在由计算机执行的计算机可执行指令的一般上下文中描述，例如程序模块。一般地，程序模块包括执行特定任务或实现特定抽象数据类型的例程、程序、对象、组件、数据结构、类等等。也可以在分布式计算环境中实践本申请，在这些分布式计算环境中，由通过通信网络而被连接的远程处理设备来执行任务。在分布式计算环境中，程序模块可以位于包括存储设备在内的本地和远程计算机存储介质中。

通过以上的实施方式的描述可知，本领域的技术人员可以清楚地了解到本申请可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在存储介质中，如rom/ram、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，移动终端，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

本说明书中的各个实施例采用递进的方式描述，各个实施例之间相同或相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。本申请可用于众多通用或专用的计算机系统环境或配置中。例如：个人计算机、服务器计算机、手持设备或便携式设备、平板型设备、多处理器系统、基于微处理器的系统、置顶盒、可编程的电子设备、网络pc、小型计算机、大型计算机、包括以上任何系统或设备的分布式计算环境等等。

虽然通过实施例描绘了本申请，本领域普通技术人员知道，本申请有许多变形和变化而不脱离本申请的精神，希望所附的实施方式包括这些变形和变化而不脱离本申请。