一种面向供热大数据的变频器分布式协同调控方法及系统与流程

本发明涉及分布式控制系统，尤其涉及一种面向供热大数据的变频器分布式协同调控方法及系统。

背景技术：

1、变频器分布式协同调控以一致性协议为基础，在各换热站节点间交换温差或压差信息并迭代更新变频器频率，实现了全网热力平衡的自动调节，在平坦地形管网中显著降低了循环泵电耗；供热大数据为覆盖热源供回水温度与压力、换热站运行参数、室外气象条件及用户室温的长周期海量运行数据的集合，为调控提供数据支撑。在分布式控制系统中，各换热站节点作为分布式控制单元，通过该一致性协议实现协同调控。

2、然而在分布式协同调控系统中，当部分节点因执行机构物理约束，所述机构物理约束为调节范围达到上限或下限、外部阻力突变和设备特性非线性，在特定调节方向上丧失调节能力时，一致性协议中对应的权重项将失去有效调节对象，导致节点在可控与不可控状态之间动态切换，进而引发分布式迭代的收敛方向中断与目标值跳变，严重时形成极限环振荡，无法满足协同调控对实时性与稳定性的控制要求。

3、因此有必要研究一种能够在节点调节能力动态变化条件下维持收敛稳定的变频器分布式协同调控方法，解决山地管网中因重力压头导致的协同调控稳定性问题。

技术实现思路

1、为了克服变频器分布式协同调控在节点调节能力动态变化条件下易失稳的缺点，本发明提供了一种面向供热大数据的变频器分布式协同调控方法及系统。

2、本发明的技术实施方案是：一种面向供热大数据的变频器分布式协同调控方法，包括以下步骤：

3、s1：采集换热站二次侧供回水温差数据和变频器实时输出频率数据，根据换热站二次侧供回水温差数据和变频器实时输出频率数据确定节点控制自由度，基于供热大数据构建协同可恢复性经验谱；

4、s2：基于调控任务要求与协同可恢复性经验谱确定不具备节点控制自由度的恢复属性，基于恢复属性确定最远调节节点与最近调节节点，根据最远调节节点与最近调节节点确定节点控制压缩量；

5、s3：根据节点控制压缩量构建协同调控矩阵，并根据协同调控矩阵确定中断与跳变，根据中断与跳变执行变频器分布式协同调控。

6、优选地，所述采集换热站二次侧供回水温差数据和变频器实时输出频率数据，包括：

7、所述换热站二次侧供回水温差数据，是指二次网供水温度与回水温度的实测差值；

8、所述变频器实时输出频率数据，是指一次网循环泵变频器当前输出的电频率值。

9、优选地，所述根据换热站二次侧供回水温差数据和变频器实时输出频率数据确定节点控制自由度，包括：

10、在管网总循环流量数据和管网各节点入口压力数据所确定的外部工况下，若换热站二次侧供回水温差数据随变频器实时输出频率数据在增加方向上单调递减，则增加方向具备节点控制自由度，否则增加方向不具备节点控制自由度；若换热站二次侧供回水温差数据随变频器实时输出频率数据在减小方向上单调递增，则减小方向具备节点控制自由度，否则减小方向不具备节点控制自由度；

11、将不具备节点控制自由度方向上的换热站二次侧供回水温差数据变化方向，与调控任务要求的换热站二次侧供回水温差数据变化方向比对，方向一致则保留，不一致则排除。

12、优选地，所述基于供热大数据构建协同可恢复性经验谱，包括：

13、采集至少一个完整供暖季的历史外部工况数据、各换热站节点控制自由度丧失记录、对应的调控任务要求及对应的协同可恢复性判定结果，以历史外部工况数据和调控任务要求为输入，各换热站节点协同可恢复方向为输出，构建协同可恢复性经验谱。

14、优选地，所述基于调控任务要求与协同可恢复性经验谱确定不具备节点控制自由度的恢复属性，包括：

15、将当前外部工况与调控任务要求输入协同可恢复性经验谱，输出各节点在当前调控任务要求下的协同可恢复性预判结果；

16、预判结果为协同可恢复时，直接标记为协同可恢复方向；

17、预判结果为不可恢复时，搜索水力耦合范围内的所有其他换热站节点，依次改变各其他换热站节点的变频器实时输出频率数据，计算换热站二次侧供回水温差数据变化方向，将变化方向与调控任务要求方向比对，方向一致则标记为协同可恢复方向，方向不一致则标记为不可恢复丧失方向；

18、协同可恢复方向标记仅在当前外部工况与当前调控任务要求下有效，管网总循环流量数据的变化量或管网各节点入口压力数据的变化量超出各自对应的预设阈值或调控任务要求变更时，全部协同可恢复方向标记失效，重新执行判定，不可恢复丧失方向标记不受外部工况变化与调控任务要求变更影响。

19、优选地，所述基于恢复属性确定最远调节节点与最近调节节点，包括：

20、对于标记为协同可恢复方向的、不具备节点控制自由度的节点，在搜索到的全部可代偿的其他换热站节点中，按水力距离取最大值和最小值；水力距离为管网水力耦合拓扑中两换热站节点之间的等效水力阻抗；

21、以水力距离最大的可代偿其他换热站节点作为最远调节节点；以水力距离最小的可代偿其他换热站节点作为最近调节节点。

22、优选地，所述根据最远调节节点与最近调节节点确定节点控制压缩量，包括：

23、以最远调节节点的换热站二次侧供回水温差数据变化量绝对值与引起该变化的变频器实时输出频率数据变化量绝对值之比，作为最远调节节点的变化程度；

24、以最近调节节点的换热站二次侧供回水温差数据变化量绝对值与引起该变化的变频器实时输出频率数据变化量绝对值之比，作为最近调节节点的变化程度；

25、以最远调节节点的变化程度，与最近调节节点的变化程度之差的绝对值作为节点控制压缩量。

26、优选地，所述根据节点控制压缩量构建协同调控矩阵，并根据协同调控矩阵确定中断与跳变，包括：

27、建立协同调控矩阵；协同调控矩阵的行编号与列编号均为换热站节点编号；协同调控矩阵中第i行第j列的元素取节点控制压缩量与水力耦合系数的乘积，当节点控制压缩量为零时该元素置为零；节点控制压缩量随外部工况变化时，协同调控矩阵同步重构；

28、当第k个换热站节点的节点控制压缩量从零变为非零，则协同调控矩阵第k行和第k列中新增有效元素，判定收敛方向在第k个换热站节点处中断，并将对应节点标记为中断节点；

29、当第k个换热站节点的节点控制压缩量从非零变为零，则协同调控矩阵第k行和第k列中已存在的有效元素随重构归零，判定为跳变，并将对应节点标记为跳变节点。

30、优选地，所述根据中断与跳变执行变频器分布式协同调控，包括：

31、当中断节点与跳变节点在协同调控矩阵中处于相邻行或相邻列时，取中断节点所在行与跳变节点所在列的交点元素和中断节点所在列与跳变节点所在行的交点元素作为交叠元素；

32、以两交叠元素在本次重构前后的变化量绝对值之和作为交叠量，以交叠量作为分子，以中断节点与跳变节点各自节点控制压缩量变化值绝对值之和作为分母，进行归一化，归一化后的值作为临时关联权重；

33、在协同调控矩阵中中断节点与跳变节点交汇处写入临时关联权重值以建立临时关联，在本次重构周期内中断节点与跳变节点按临时关联权重生成统一调控指令，统一调控指令的幅值为中断节点的恢复调节量与跳变节点的剩余调节量按临时关联权重的加权平均值，重构周期结束后协同调控矩阵再次重构，当中断与跳变相邻关系消失时解除临时关联。

34、优选地，一种面向供热大数据的变频器分布式协同调控系统，包括：

35、数据采集与自由度判定模块，用于获取换热站二次侧供回水温差数据与变频器实时输出频率数据，判定节点控制自由度方向并排除无关丧失方向；

36、协同可恢复性经验谱构建模块，用于采集历史外部工况数据与协同可恢复性判定结果，构建协同可恢复性经验谱；

37、恢复属性与压缩量计算模块，用于根据协同可恢复性经验谱确定不具备节点控制自由度的恢复属性，确定最远调节节点与最近调节节点并计算节点控制压缩量；

38、协同调控矩阵与调控执行模块，用于根据节点控制压缩量构建协同调控矩阵，判定中断与跳变，建立临时关联并生成统一调控指令。

39、有益效果：本发明通过系统运行大数据构建协同可恢复性经验谱，将历史工况与变频器节点控制自由度丧失及恢复的对应关系固化为先验映射，克服了现有一致性协议在节点调节能力动态丧失时直接冻结权重导致收敛中断的缺陷。在此基础上以节点控制压缩量为驱动建立协同调控矩阵，将节点调节能力的动态切换转化为矩阵元素的归零与非零化，使中断与跳变成为可在线判定的显式事件；进一步地针对中断节点与跳变节点在矩阵中相邻的特殊情况，通过交叠元素计算临时关联权重并生成统一调控指令，消除了两节点独立执行时恢复调节与剩余调节的方向冲突，最终在维持山地管网变频器分布式协同调控收敛稳定性的同时，抑制了因重力压头反复触发节点状态切换而引起的极限环振荡。