[发明专利]一种空压机集群优化控制系统

权利要求书

1.一种空压机集群优化控制系统，其特征在于：包括数据采集模块，空压机能耗模型、管网分析及预测模块、设备运行分析模块、优化控制模块4个服务端模块，客户端模块；数据采集模块部署在数据采集服务器上，4个服务端模块部署在应用服务器上，客户端模块部署在客户机上；数据采集服务器和应用服务器之间通过以太网连接，应用服务器和客户机之间通过以太网连接。4个服务端模块之间通过进程间消息调用进行数据信息交换，数据采集模块和服务端模块之间通过网络消息调用进行数据信息交换，客户端模块通过网络消息连接服务端模块；各模块的功能如下：

数据采集模块：本系统需要的数据包括空压机集群的生产运行数据、压缩空气管网上各用户处的流量/压力数据、用户的生产计划数据、空压机集群的检修计划数据；数据采集模块负责采集以上四种数据，根据其所在系统提供的接口，对前两种数据进行实时采集，对于仅有瞬时流量的数据点可进行积分运算得到小时累计流量，对后两种数据可以定期采集或触发采集，并保存至历史数据库，支持Oracle、SQL Server以及文本文件；

空压机能耗模型：对集群中的每一台空压机建立能耗模，包括空压机电耗分段函数、最小排气压力函数；用于总产气量预测、集群优化控制方案制定；

管网分析及预测模块：包括压缩空气管网监视与报警、损耗分析、总需求预测功能，是对压缩空气的使用情况进行分析，进而得到压缩空气总需求量的实绩值和预测值；集中监视压缩空气管网上各用户进气点处的瞬时流量和压力，在超过预警值/报警值时以不同的声音或闪烁提醒调度人员，计算压缩空气管网的总发生量、总需求量、管网损耗；各用户的压缩空气的预测值采用机理-时间序列模型，在正常用户生产时使用时间序列模型，其参数可以在线修正，在用户的生产计划信息中有因加产、减产、停机等引起的消耗量变化时采用机理模型，使用经验数据修正；

设备运行分析模块：对空压机运行的关键参数进行分析，提供预警报警功能；结合检修计划、设备当前状态，预测空压机在未来一段时间内的运行状态；结合每台空压机的电力消耗和产气量，计算其实际平均比功率；结合空压机启动、加载、卸载能耗信息、设备未来一段时间的运行状态、比功率，进行调控优先级运算，为集群优化控制模块提供设备状态；

优化控制模块：在压缩空气的总需求变化或者空压机需要进行设备检修时，制定多周期的空压机运行方式，其中，空压机调配的优先级由空压机模型、检修计划、比功率确定；由系统得到的空压机集群优化控制方案需要经过专业工程师审核方由调度人员操作执行；在集群优化控制流程中，由系统生成的空压机集群优化控制方案需要由专业工程师进行审核，如果审核未通过需要重新对优化分配模型进行求解，直到方案可行方输出交由调度人员执行；

客户端模块：包括压缩空气管网流量/压力、空压机设备运行监视及报警、生产计划查询、设备检修计划查询、空压机调控优先级查询及手动调整、空压机能耗模型、集群优化控制方案交互及输出、优化控制方案执行等功能；

2.如权利1所述的空压机集群优化控制系统，其特征在于：空压机能耗模型的建模过程如下：

在某一周期T内，对第i个空压机站的第j台空压机，平均产气速度为

1)计算电耗W_ij，空压机在不同工作状态(启动、加载、卸载)时，耗电量不同，计算方式不同，运用数理统计方法拟合耗电量加载时耗电量和平均产气速度的关系因此

其中，对于一台空压机，W_启ij和W_卸ij基本为定值，可通过对输入功率(或者电流、电压)积分计算获得；

2)运用数理统计方法拟合产气速度v_ij与最小排气压力p_空ij的关系φ_ij：

p_空ij＝φ_ij(v_ij)。

3.如权利1所述的空压机集群优化控制系统，其特征在于：优化控制模块的核心部分是建立多周期的优化分配模型并求解，具体步骤如下：

步骤一：根据用户的生产计划把整个优化周期分为若干个子周期，使得在每一个周期内的总需求量的为定值且相邻两个子周期的总需求量不同，在待优化的第n个子周期内，以所有空压机的能耗即电力消耗最小为目标建立目标函数：

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在空压机加载时，电力消耗可以表示为排气量的函数，则上式变为

步骤二：建立必要的约束条件，包括：

1)设备条件约束：由设备检修计划得到该子周期内的每一台空压机的状态s_ij，

其中，加载的时候可以供应压缩空气，空压机的运行模式为满载或者节能模式；其余状态不可以提供压缩空气，所有状态均有电力消耗；

2)供需平衡约束：

其中，为估计的管网损耗量，且(i,j)∈{(s_ij＝1)}；

3)压力约束：即集群中所有空压机的最小排气压力大于用户侧的最大压力，

步骤三：通过设备检修计划、空压机实绩比功率、空压机能耗模型、当前运行状态得到集群中空压机的调度优先级；

步骤四：应用改进的遗传算法进行求解，得到子周期内每一台空压机运行方式，平均产气速度、最小排气压力，以及集群的总电耗；寻优过程分为2阶段，一是尽量不改变空压机的运行状态，通过变频器调整每台空压机的产气量，二是在已无法满足用户需求/压缩空气供远大于需的情况下，通过启动备用空压机/卸载已运行空压机进行调整；

步骤五：将所有子周期的空压机运行方式汇总，成为整个周期的空压机集群优化控制方案。