基于无中心网络的水泵系统、水泵控制器及控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及建筑节能和智能控制技术领域，特别是涉及一种基于无中心网络的水栗系统、水栗控制器及控制方法。
【背景技术】
[0002]在中央空调水系统中，通常使用多台变频水栗并联，通过调节水栗的启停状态和水栗的转速来满足系统末端的需求。
[0003]在现有的水栗控制系统中，通常采用集中控制的方式，即采用一台控制器控制所有并联的水栗。但是由此导致的后果是:如果要实现并联水栗的优化控制，需要将所有并联水栗的性能参数由自控厂商写入控制器，而水栗详细的性能参数又是水栗设备生产厂商不愿公开的，因此可操作性差。此外，这种集中式的控制方式需要对控制器和水栗进行手动配置，带来大量的现场调试工作，扩展性也比较差。
【发明内容】
[0004]本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种基于无中心网络的水栗系统控制方法。该方法具有控制效率高、鲁棒性好且扩展性佳的优点。
[0005]本发明的另一个目的在于提出一种基于无中心网络的水栗系统。
[0006]本发明的再一个目的在于提出一种水栗控制器。
[0007]为了实现上述目的，本发明的第一方面的实施例公开了一种基于无中心网络的水栗系统控制方法，包括以下步骤:为所述水栗系统中的每个水栗分别设置一个控制器，并将所有控制器互联以形成无中心网络；当水栗控制器判断达到一定的触发条件时，则由该水栗控制器发起调节任务；若系统中存在发起调节任务的水栗控制器，则所述系统中的水栗控制器开始与其相邻的水栗控制器进行信息交互；经过若干次信息交互之后整个系统达到预定的收敛条件，从而确定每台水栗优化后的运行参数，所述控制器根据优化后的运行参数控制相应水栗达到相应的运行状态；若系统中没有发起调节任务的水栗控制器，则保持水栗运行参数不变。
[0008]根据本发明实施例的基于无中心网络的水栗系统控制方法，利用各并联水栗带通信功能的控制器组建的无中心网络，使各并联水栗通过自主协商来决定各台水栗的启停和转速，同时使得并联水栗总体能效最优。本发明实施例的基于无中心网络的水栗系统控制方法，至少具有以下优点:
[0009]1.由水栗设备生产厂商将水栗性能参数内置在控制器中，解决了保密性问题，从而解决了传统集中式控制方式中自控厂商与设备厂商沟通环节的问题，也使得基于设备参数的优化控制成为可能，调高水栗的控制效率。
[0010]2.现场中仅需将拓扑上相邻的水栗对应的控制器进行通信连接，并联水栗即可通过自主协同，高效地完成控制目标，避免了传统集中式控制方式中自控厂商介入的繁琐的人工配置、调试环节，也能做到设备的即插即用，增强了系统的灵活性、可扩展性。
[0011]3.在理论上保证了对于给定的控制目标，算法收敛的结果是水栗整体性能最优，即水栗开启的台数和开启水栗的运行转速是最优的，可提高水栗的运行效率。
[0012]另外，根据本发明上述实施例的基于无中心网络的水栗系统控制方法还可以具有如下附加的技术特征:
[0013]进一步地，每台运行中的水栗控制器均可以发起调节任务，其余水栗控制器配合所述调节任务完成系统运算。
[0014]进一步地，若多台水栗控制器在相同或相近的时间内都发起调节任务，则按照每个调节任务分别进行系统运算，然后再通过仲裁机制决定执行哪个调节任务的运算结果。
[0015]进一步地，若多台水栗控制器在相同或相近的时间内都发起调节任务，则先通过仲裁机制选出一个发起者，然后执行由该发起者发起的调节任务。
[0016]进一步地，所述仲裁机制包括人工指定优先级、抽签、抢令牌、随机指定中的一种或多种。
[0017]进一步地，所述一定的触发条件为:由所述控制器采集到的相应水栗当前的压差测量值与压差设定值的偏差绝对值超出了预设压差偏差阈值。
[0018]进一步地，所述一定的触发条件为:所述水栗控制器达到了预设的控制周期。
[0019]进一步地，所述一定的触发条件为:系统的能耗需要进行优化。
[0020]进一步地，发起调节任务的水栗控制器执行如下步骤:A.所述控制器参考当前实际工作点，以目标效率点为效率调节预期，计算得到新的水栗流量和流量调节余量所述控制器将效率调节预期和流量调节余量写入传递信息，发送给其相邻的水栗控制器。
[0021 ] 进一步地，收到传递信息的水栗控制器执行以下步骤:C.比较接收到的效率调节预期和对应水栗当前的效率调节预期，参考收到的流量调节余量，运算得到新的效率调节预期；D.根据新的效率调节预期及接收到的流量调节余量，计算得到新的水栗流量和新的流量调节余量；并执行下述步骤之一:D1:若新的流量调节余量的绝对值高于预设调节余量阈值，表明仍未达到调节目标，将新的效率调节预期和新的流量调节余量写入传递信息并发送给相邻控制器；D2:若新的流量调节余量的绝对值低于预设调节余量阈值，则再执行下述步骤之一:D2a:若系统能耗等于或低于本次调节任务发起之前，则不再发送传递信息；D2b:若系统能耗高于本次调节任务发起之前，则将新的目标效率点设定为效率调节预期，计算得到新的水栗流量和新的流量调节余量；所述控制器将新的效率调节预期和新的流量调节余量写入传递信息，发送给其相邻的水栗控制器。
[0022]进一步地，所述目标效率点在计算过程中可变。
[0023]进一步地，水栗控制器在计算新的水栗流量时令水栗不出现频繁启停的情况。
[0024]进一步地，判断是否达到预定的收敛条件的过程包括如下步骤:所有接收到传递信息的控制器，在接收到传递信息的瞬间开始计时，并执行下述步骤之一:F1:在预定收敛周期内如果后续没有收到其它相邻控制器的传递信息，则判定达到预定的收敛条件；F2:在预定收敛周期内如果后续收到了其它相邻控制器的传递信号，则重新计时。
[0025]进一步地，所述信息交互的过程先确定每台水栗是否开启再确定开启的水栗的具体流量。
[0026]进一步地，确定每台水栗是否开启的步骤进一步包括如下步骤:整个系统的控制器形成一条链路，由链首起始向链尾依次传递信息，所述信息中包括各水栗分别工作在最高效率点时的流量，链尾计算出每台水栗工作在最高效率点或关闭时的所有组合下对应的系统总流量，并选出总流量最满足要求的两种组合，并将数据依次回传至链首，此时各水栗控制器知晓其是否应该开启。
[0027]进一步地，所述总流量最满足要求指的是在满足水栗不频繁启停的情况下总流量最接近系统总流量需求。
[0028]进一步地，确定每台水栗是否开启时在满足水栗不发生频繁启停的前提下执行如下步骤:为每台水栗设置一初始开启概率；每台水栗控制器均发起全局加权求和任务，所述全局加权求和任务为每个水栗自己的开启概率乘以自己的在最优效率点时的流量的结果之和；每台水栗控制器收到除自己之外的其他水栗的加权和之后，比较该结果与加上自己的开启概率乘以自己的在最优效率点时的流量的结果，如果加上之后的结果比不加的结果更靠近系统总流量需求，则表明自己加入会更好，因而将自己的开启概率增大；否则，将自己的开启概率降低；经过若干次迭代每个水栗的开启概率趋于稳定，开启概率收敛为I或者大于某一预设阈值的水栗的状态设为开启；开启概率收敛为O或者小于某一预设阈值的水栗的状态设为关闭。
[0029]进一步地，所述确定开启的水栗的具体流量的步骤进一步包括如下步骤:
[0030]整个系统的水栗控制器形成一条链路，由链首依次向链尾发送传递信息，所述传递信息包括等值的功耗对流量的导数及各水栗在该导数下对应的流量；链尾对系统总流量求和，若其高于系统总流量需求，且偏差绝对值超过预定阈值则将传递信息中的功耗对流量的导数降低，重新在链路中发送传递信息；若其低于系统总流量需求，且偏差绝对值高于预定阈值，则将传递信息中的功耗/流量导数增大，重新在链路中发送传递信息；若其与系统总流量需求的偏差绝对值低于或等于预定阈值，则不再发送传递信息，此时系统收敛。[0031 ] 进一步地，链路中的链首和链尾在信息交互过程中可变。
[0032]进一步地，在达到预定的收敛条件时，所有控制器根据水栗流量值计算水栗的启停状态和/或水栗的转速，并将对应水栗变更为新的运行参数。
[0033]进一步地，所述无中心网络的实现形式为有线网络和无线网络中二者之一或者二者的组合。
[0034]进一步地，多个所述控制器中的控制算法相同。
[0035]进一步地，所述控制器通过控制与所述水栗相连的变频器来变更对应水栗的运行参数。
[0036]进一步地，所述压差测量值的测量位置根据控制的需求而指定。
[0037]进一步地，所述压差测量值指的是水栗的进口和出口之间的压差值或者末端系统的某个支路的压差值或者分集水器之间的压差值。
[0038]进一步地，根据水栗的性能曲线计算水栗的流量。
[0039]进一步地，水栗性能曲线被输入到水栗控制器中。
[0040]进一步地，水栗的性能曲线可变，改变的方式包括:人工定期对水栗性能进行测试标定并手动修改；或者控制器内部加入自学习算法，在水栗运行的过程中，自动检测水栗性能并调整水栗的性能曲线。
[0041]本发明第二方面的实施例公开了一种基于无中心网络的水栗系统，包括:多个水栗，所述多个水栗并联设置；多个控制器，所述多个控制器一一对应地与所述多个水栗相连；所述水栗系统利用如上述实施例所述的控制方法来运行。
[0042]根据本发明实施例的基于无中心网络的水栗系统，利用各并联水栗带通信功能的控制器组建的无中心网络，使各并联水栗通过自主协商来决定各台水栗的启停和转速，同时使得并联水栗总体能效最优。本发明实施例的基于无中心网络的水栗系统，至少具有以下优点:
[0043]1.由水栗设备生产厂商将水栗性能参数内置在控制器中，解决了保密性问题，从而解决了传统集中式控制方式中自控厂商与设备厂商沟通环节的问题，也使得基于设备参数的优化控制成为可能，调高水栗的控制效率。
[0044]2.现场中仅需将拓扑上相邻的水栗对应的控制器进行通信连接，并联水栗即可通过自主协同，高效地完成控制目标，避免了传统集中式控制方式中自控厂商介入的繁琐的人工配置、调试环节，也能做到设备的即插即用，增强了系统的灵活性、可扩展性。
[0045]3.在理论上保证了对于给定的控制目标，算法收敛的结果是水栗整体性能最优，即水栗开启的台数和开启水栗的运行转速是最优的，可提高水栗的运行效率。
[0046]本发明第三方面的实施例公开了一种水栗控制器，所有水栗控制器互联以形成无中心网络，当水栗控制器判断达到一定的触发条件时，所述水栗控制器用于发起调节任务，在系统中存在发起调节任务的水栗控制器时，所述水栗控制器开始与其相邻的水栗控制器进行信息交互，并经过若干次信息交互之后达到预定的收敛条件，从而确定每台水栗优化后的运行参数，所述水栗控制器根据优化后的运行参数控制相应水栗达到相应的运行状态，以及在系统中没有发起调节任务的水栗控制器时，保持相应的水栗运行参数不变。
[0047]根据本发明实施例的水栗控制器，使各并联水栗平等地自主协调完成控制目标，分布式地计算出优化控制方案，降低了传统控制形式的人工配置调试的工作量，实现了控制设备的即插即用，提高了系统的控制效率、鲁棒性及可扩展性。
【附图说明