一种面向多能源供给系统的蓄热远程控制系统的制作方法

本发明涉及多能源供给系统的蓄热控制技术领域，尤其涉及一种面向多能源供给系统的蓄热远程控制装置。

背景技术：

近年来，由于电力工业的持续发展，我国出现了供大于求的现象，为此，供电部门出台了相关政策促进多能源供给系统系统的发展。

现有的多能源供给系统的控制系统较为成熟，但普遍存在响应速度慢、温度控制模糊等问题，而且，多能源供给系统作为电网重要的可控负荷，并没有很好地接入到电力系统的消纳调度中。而且，由于电力系统的不容间断性和运行状态变化的突然性等特点，使得电力系统的电力调度需要通信可靠性高、传输时间短，为此，需要建立与电力系统安全运行相适应的专用通信网是很有必要的。

目前，在电力系统中，一般采用计算机为主要节点的通信网络，同时操作现场的自动化系统一股采用以plc为主要节点的控制及通信网络，但是其不能实现不同系统之间的数据通信多能源供给系统的远程控制系统。

技术实现要素：

为了克服现有技术的不足，本发明的目的是提供一种能实现不同系统之间数据传输的面向多能源供给系统的蓄热远程控制装置。

为达到本发明的发明目的，本发明所采用的技术方案内容具体如下：

一种面向多能源供给系统的蓄热远程控制系统，包括用于采集所述多能源供给系统运行信息的采集模块、用于控制所述多能源供给系统的plc模块、远程通信模块以及远程监控模块，所述plc模块通过所述远程通信模块信号连接所述远程监控模块，所述plc模块通过pid控制器控制所述多能源供给系统。

进一步地，所述plc模块通过pid控制器控制所述多能源供给系统为所述plc模块通过pid控制器控制所述多能源供给系统的一次出水温度与一次侧流量以实现对所述多能源供给系统二次供水温度的快速响应。

更进一步地，所述plc模块通过pid控制器控制所述多能源供给系统的一次出水温度与一次侧流量以实现对所述多能源供给系统二次供水温度的快速响应通过如下步骤实现：

s1：以所述多能源供给系统的二次供水温度的最短响应时间为目标建立目标函数及约束条件；

s2：利用优化算法求解所述目标函数，并将所述二次供水温度分解为所述多能源供给系统的一次出水温度与一次侧流量两个目标；

s3：将一次出水温度与一次侧流量输入所述目标函数并建立两个独立的闭环控制对象，然后对两个闭环控制对象进行pid控制，以此实现对二次供水温度的快速响应。

更进一步地，在步骤s2中，所述利用优化算法求解所述目标函数为利用优化算法求解一次出水温度的响应时间t1和一次侧流量的响应时间t2，并将所述响应时间t1和t2反馈到pid控制器的参数整定中，以获取pid控制器最优参数。

更进一步地，所述pid控制器的参数整定方法为ziegler-nichols的经验整定。

7、更进一步地，利用优化算法求解目标函数通过如下步骤实现：

(1)建立所述多能源供给系统的二次供水温度与所述多能源供给系统的一次出水温度和一次侧流量之间的等式关系，该等式关系表示为：

δq＝δt2scρ＝(t1s1-t0s0)·cρ，

其中，δt2为目标二次供水的目标温度与当前出水温度的差值e；s为二次供水循环泵流量；t0、t1分别为一次出水温度的当前温度与目标温度；s0、s1分别为一次侧流量的当前流量与目标流量；t为状态改变所需时间；p为多能源供给系统的功率；t为循环泵电机时间常数；

(2)利用步骤(1)中的等式关系，基于二次供水温度的最短响应时间建立目标函数及约束条件，目标函数表示为：

f(t)＝{δt2s＝t1s1-t0s0}，minδt＝t1-t0；

约束条件表示为：

1)tmax≥ti≥tmin，其中：tmax与tmin分别为一次出水温度的上限值与下限值；

2)smax≥si≥smin，其中：smax和smin分别为一次侧流量的最大值与最小值；

3)|δt2|≤|δt2,max|，其中：δt2,max为最大水温调整量；

(3)利用自适应粒子群优化算法求解所述目标函数，获取pid控制器的最优参数。

更进一步地，利用自适应粒子群优化算法求解所述目标函数包括如下步骤：

(1)随机初始化粒子群：即粒子速度随机初始化，使个体最优值和全局最优值的初始值均为0；

(2)计算每个粒子对目标函数的自适应值；

(3)确定全局最优粒子，其具体方法为：针对每个粒子，将其自适应值与个体最优值pbest进行比较，如果自适应值大于个体最优值pbest，则将该自适应值作为当前的个体最优值pbest；将其自适应值与全局最优值gbest进行比较，如果自适应值大于全局最优值gbest，则将该自适应值作为当前的全局最优值gbest；

(4)更新全局最优粒子的速度和位置，具体通过以下公式获得：

其中：下标i表示第i个粒子，下标d表示第d个维度，上标k表示当前时刻，则表示当前时刻，第i个粒子、第d个维度的速度；ω为惯性权重，用于调节解空间的搜索范围；c1、c2为学习因子，用于调节学习的最大步长；

(5)计算全局最优粒子对目标函数的适应度值；

(6)判定粒子是否收敛或是否达到迭代次数，若没有收敛或没有达到迭代次数，回到步骤(3)；若已经收敛或已经达到迭代次数，则输出最优解，即pid控制器的最优参数，并结束。

优选地，所述采集模块包括用于采集所述多能源供给系统运行温度的热电阻、用于于采集所述多采集所述多能源供给系统运行功率的功率传感器、用于采集所述多能源供给系统压力的压力变送器以及用于采集一次侧流量与二次侧流量的电磁流量计。

更优选地，所述plc模块包括用于向所述plc模块供电的电源模块、cpu模块、用于连接所述采集模块的输入模块以及用于连接所述远程通信模块的输出模块。

更优选地，所述远程通信模块包括用于对所述采集模块采集的信息进行数据处理的数据转换模块以及gprs模块，所述数据转换模块通过rs-485串口连接所述输出模块，所述gprs模块用于将所述数据转换模块的数据处理结果传输至远程监控终端。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

本发明公开的面向多能源供给系统的蓄热远程控制系统，包括用于采集所述多能源供给系统运行信息的采集模块、用于控制所述多能源供给系统的plc模块、通信模块以及远程监控模块，所述plc模块通过所述通信模块信号连接所述远程监控模块，所述plc模块通过pid控制器控制所述多能源供给系统，从而通过pid控制器实现了对所述多能源供给系统的二次供水温度的快速响应，实现了多能源供给系统可靠经济的控制策略；而且通过所述通信模块还可以将所述多能源供给系统的运行信息传输至所述远程监控模块，不仅方便人们实时监测所述多能源供给系统的运行，而且还可以方便操作人员通过所述远程监控模块实现对所述多能源供给系统的远程控制。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。

附图说明

图1为本发明所述的面向多能源供给系统的蓄热远程控制系统的结构示意图；

图2为本发明所述多能源供给系统为供暖系统时的结构示意图；

其中，图1和图2中的附图标记如下：

1、采集模块；2、plc模块；3、远程通信模块；4、数据转换模块；5、gprs模块；6、蓄热装置；7、供热用户端；8、电锅炉；9、远程监控模块。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如下：

如图1所示的是发明所述的面向多能源供给系统的蓄热远程控制系统，其包括用于采集所述多能源供给系统运行信息的采集模块1、用于控制所述多能源供给系统的plc模块2、远程通信模块3以及远程监控模块9，所述plc模块2通过所述远程通信模块3信号连接所述远程监控模块9，所述plc模块2通过pid控制器控制所述多能源供给系统。

具体在本发明中，所述plc模块2通过pid控制器控制所述多能源供给系统为所述plc模块2通过pid控制器控制所述多能源供给系统的一次出水温度与一次侧流量以实现对所述多能源供给系统二次供水温度的快速响应，从而实现了对多能源供给系统的二次供水温度的快速响应，实现了多能源供给系统可靠经济的控制策略；而且，由于所述plc模块2通过所述远程通信模块3信号连接所述远程监控模块9，从而使得所述蓄热远程控制系统通过所述远程通信模块3将多能源供给系统的运行信息传输至远程监控模块9，不仅方便操作人员实时监测多能源供给系统的运行，而且还可以方便操作人员通过所述远程监控模块9实现对多能源供给系统的远程控制，而且，也可以实现不同多能源供给系统之间的数据通信。

需要说明的是，这里的快速响应是指多能源供给系统运行状态改变时，或者热需求变化时，所述plc模块2通过pid控制器同时对所述多能源供给系统的一次出水温度以及一次侧流量进行调节，以使所述多能源供给系统的二次供水温度快速达到满足供热需求时的温度。

作为一种优选地实施方式，所述plc模块2通过pid控制器控制所述多能源供给系统的一次出水温度与一次侧流量以实现对所述多能源供给系统二次供水温度的快速响应通过如下步骤实现：

s1：以所述多能源供给系统的二次供水温度的最短响应时间为目标建立目标函数及约束条件；

s2：利用优化算法求解所述目标函数，并将所述二次供水温度分解为所述多能源供给系统的一次出水温度与一次侧流量两个目标；

s3：将一次出水温度与一次侧流量输入所述目标函数并建立两个独立的闭环控制对象，然后对两个闭环控制对象进行pid控制，以此实现对二次供水温度的快速响应。

在其他的一些实施例中，在步骤s2中，所述利用优化算法求解所述目标函数为利用优化算法求解一次出水温度的响应时间t1和一次侧流量的响应时间t2，并将所述响应时间t1和t2反馈到pid控制器的参数整定中，以获取pid控制器最优参数。

由于pid控制可以采用适应于二阶系统滞后环节加以描述，对于二阶系统来说，其可以通过参数辨识的方式降阶为一阶系统，因此，两个闭环控制对象的传递函数为：

其中：k，t，τ分别代表控制对象的开环增益、惯性时间常数和滞后时间常数。由于响应时间t1和t2与滞后时间匹配，设定滞后时间常数为τi＝(1-1/e)ti，则pid控制的控制策略如下：

具体在本实施例中，所述pid控制器的参数整定方法为ziegler-nichols的经验整定，并根据选择的控制器计算出相应控制器的参数，并且α＝kτ/t，所述ziegler-nichols的经验整定的公式如下：

作为一种优选地实施方式，所述利用优化算法求解所述目标函数包括如下步骤：

(1)建立所述多能源供给系统的二次供水温度与所述多能源供给系统的一次出水温度和一次侧流量之间的等式关系，该等式关系表示为：

δq＝δt2scρ＝(t1s1-t0s0)·cρ，

其中，δt2为目标二次供水的目标温度与当前出水温度的差值e；s为二次供水循环泵流量；t0、t1分别为一次出水温度的当前温度与目标温度；s0、s1分别为一次侧流量的当前流量与目标流量；t为状态改变所需时间；p为多能源供给系统的功率；t为循环泵电机时间常数；

(2)利用步骤(1)中的等式关系，基于二次供水温度的最短响应时间建立目标函数及约束条件，所述目标函数表示为：

f(t)＝{δt2s＝t1s1-t0s0}，minδt＝t1-t0；

所述约束条件表示为：

1)tmax≥ti≥tmin，其中：tmax与tmin分别为一次出水温度的上限值与下限值；

2)smax≥si≥smin，其中：smax和smin分别为一次侧流量的最大值与最小值；

3)|δt2|≤|δt2,max|，其中：δt2,max为最大水温调整量；

(3)利用自适应粒子群优化算法求解所述目标函数，获取最优pid控制参数。

作为一种优选地实施方式，利用自适应粒子群优化算法求解所述目标函数包括如下步骤：

(1)随机初始化粒子群：即粒子速度随机初始化，使得个体最优值和全局最优值的初始值均为0；

(2)计算每个粒子对目标函数的自适应值；

(3)确定全局最优粒子，其具体方法为：针对每个粒子，将其自适应值与个体最优值pbest进行比较，如果自适应值大于个体最优值pbest，则将该自适应值作为当前的个体最优值pbest；将其自适应值与全局最优值gbest进行比较，如果自适应值大于全局最优值gbest，则将该自适应值作为当前的全局最优值gbest；

(4)更新全局最优粒子的速度和位置，具体通过以下公式获得：

其中：下标i表示第i个粒子，下标d表示第d个维度，上标k表示当前时刻，则表示当前时刻，第i个粒子、第d个维度的速度；ω为惯性权重，用于调节解空间的搜索范围；c1、c2为学习因子，用于调节学习的最大步长。

(5)计算全局最优粒子对目标函数的适应度值；

(6)判定粒子是否收敛或是否达到迭代次数，若没有收敛或没有达到迭代次数，回到步骤(3)；若已经收敛或已经达到迭代次数，则输出最优解，即pid控制器的最优参数，并结束。

需要说明的是，这里判定粒子是否收敛的具体方法为：首先设定最佳适应度值的增值阈值，同时在迭代的过程中确定全局适应度增量，如果局适应度增量小于最佳适应度值的增值阈值，则判定粒子收敛。

作为一种优选地实施方式，所述采集模块1包括用于采集所述多能源供给系统运行温度的热电阻、用于于采集所述多采集所述多能源供给系统运行功率的功率传感器、用于采集所述多能源供给系统压力的压力变送器以及用于采集一次侧流量与二次侧流量的电磁流量计，具体在在本发明中，所述运行信息包括室内温度、室外温度、多能源供给系统的温度、多能源供给系统的当前运行功率、多能源供给系统的当前蓄热量、循环泵的开闭情况、当前运行模式(手动、自动)、二次供水(流量、温度)、二次回水(流量、温度)、二次供压、二次回压、阀门开度、峰谷平电量数据、时间坐标等。

在本发明中，所述plc模块2包括用于向所述plc模块2供电的电源模块、cpu模块、用于连接所述采集模块1的输入模块以及用于连接所述远程通信模块3的输出模块。

具体在本发明中，所述输入模块包括用于连接所述采集模块1的信号模拟量端子排的信号模拟量输入模块、用于连接所述采集模块1的数字端子排的数字模拟量输入模块以及用于连接所述采集模块1的温度端子排的热电阻输入模块。为了便于操作人员通过所述远程监控模块9实现对所述蓄热远程控制系统实时监测和远程控制，所述远程监控模块9包括触摸显示屏，所述触摸显示屏用于显示所述运行信息，从而方便操作人员实时监控所述多能源供给系统，而且通过所述触摸显示屏还可以方便操作人员根据当地用电数据对峰、谷、平时进行设定，使得将所述多能源供给系统应用于供暖时可以实现不同的控制策略。

所述远程通信模块3包括用于对所述采集模块1采集的信息进行数据处理的的数据转换模块4以及gprs模块5，所述数据转换模块4通过rs-485串口连接所述输出模块，所述gprs模块5用于将所述数据转换模块4的数据处理结果传输至所述远程监控模块9。

在本发明中，所述数据转换模块4为用于将modbus-rtu转换为dl/t634.5104-2009(简称104规约)的协议转换器，从而使得所述plc模块2与所述远程监控模块9之间采用主从式通讯的通信模式，即远程监控模块9通过所述gprs模块5向所述plc模块2发出查询或控制指令，所述plc模块2完成指令任务，读取寄存器数据或对多能源供给系统进行控制，并向远程监控模块9发送应答指令，其中指明了是否完成问询指令的任务并将所需数据反馈至远程监控模块。

具体地，所述plc模块2与远程监控模块9进行通讯的方法如下：

若远程监控模块9发出问询指令进行通信，其包括以下步骤：

步骤1：gprs模块5通过以太网接收远程监控模块9发出的104规约的数据帧数据；

步骤2：将数据帧发送至数据转换模块4；

步骤3：数据转换模块4将104规约的数据帧数据进行数据转换；

步骤4：将协议转换后的数据存储起来，通过uart芯片缓冲，将并行数据转换为串行数据；

步骤5：通过rs-485收发器驱动，将数据传输至与plc模块2相连接的rs-485接口。

若plc模块2发出应答指令进行通信，包括以下步骤：

步骤1：plc通过rs-485接口将modbus-rtu协议的数据帧数据传送至协议转换器；

步骤2：通过rs-485收发器驱动，对数据帧数据进行电平转换；

步骤3：经uart芯片缓冲，将串行数据转换为并行数据，并传输至主控制器；

步骤4：主控制器将modbus协议的数据帧数据进行数据转换；

步骤5：将协议转换后的数据存储起来，并通过gprs模块5发送至远程监控模块9。

根据上述内容可知，所述面向多能源供给系统的蓄热远程控制系统通过所述plc模块2向远程监控模块9传输所述多能源供给系统的运行参数，不仅实现了工作人员对所述多能源供给系统的远程监控，而且还方便调度人员对电网进行调控与规划等。

在本发明中，所述数据转换模块4包括用于向所述数据转换模块供电的第一电源模块、驱动模块、缓冲模块、主控制模块以及存储模块，其中：所述第一电源模块采用lh10-13b05，其可以为所述主控制模块提供为5v和为3.3v的电压，而且，所述第一电源模块还包括过流保护单元、过压保护单元和反接保护单元。

作为一种优选地实施方式，所述第一电源模块包括emi抑制器、稳压控制器、稳压滤波器和电平转换器，其中：所述emi抑制器用于抑制输入电压的电磁干扰，其采用bnx012-01芯片；所述稳压控制器用于将输入电压转换为稳定的直流电压，其采用ltc1624i芯片；所述电平转换器用于将5v电压转换为3.3v电压，其采用spx1117m3芯片。

所述驱动模块用于接收所述rs-485收发器的信号并将信号进行处理后传输至所述缓冲模块，具体地，所述驱动模块主芯片采用sn65hvd82d，其连接485或232接口，并可耐受esd事件；所述缓冲模块采用sc16c550b，并用于实现串行通讯和并行通讯之间的信息转换，将信号传输至所述主控制模块；所述主控制模块用于实现所述数据转换过程中的数据处理，其嵌入式arm处理器采用stm32f217zgt芯片作为议转换器中的主芯片；所述主控制模块中，arm芯片提供时钟信号的时钟芯片采用pcf8563t芯片，它提供一个可编程时钟输出，一个中断输出和掉电检测器，最大总线速度为400kbits/s；所述存储模块用于存储主控制器协议转换后的数据帧数据，其与所述主控制模块连接，而且所述存储模块中，at45db161d芯片是spi接口的flashrom，提供4m存储空间。

如图2所示的是所述多能源供给系统为供暖系统时向供热用户端7供暖时的结构示意图，由于根据电网调度情况将日运行时段分为峰电时段、平电时段以及谷电时段，因此，当将所述蓄热远程控制系统应用于供热系统时，所述蓄热远程控制系统对该供暖系统包括如下三种控制策略：

(1)峰电时段：若蓄热装置6的蓄热温度>充热下限+(充热上限-充热下限)/3时，此时蓄热装置6进行供暖，电锅炉8停止运行；如果充热下限<蓄热装置6的蓄热温度<充热下限+(充热上限-充热下限)/3，此时蓄热装置6和电锅炉8同时进行供暖；若蓄热装置6的蓄热温度<充热下限，电锅炉8进行供暖的同时对蓄热装置6进行蓄热。

(2)在平电时段：若蓄热装置6的蓄热温度>充热下限+2(充热上限-充热下限)/3，此时蓄热装置6进行供暖，电锅炉8停止运行；若充热下限+(充热上限-充热下限)/3<蓄热装置6的蓄热温度<充热下限+2(充热上限-充热下限)/3，蓄热装置6和电锅炉8同时进行供暖；若蓄热装置6的蓄热温度<充热下限+(充热上限-充热下限)/3，电锅炉8进行供暖的同时对蓄热装置6进行蓄热。

(3)在谷电时段：若蓄热装置6的蓄热温度>充热上限，蓄热装置6进行供暖，电锅炉8停止运行；若蓄热装置6的蓄热温度<充热上限，蓄热装置6不参与供暖，电锅炉8进行供暖的同时对蓄热装置6进行蓄热。

需要说明的是，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。