用于运行技术系统的方法和设备技术方案

提出了一种用于运行具有能借助于控制参量控制的组件的系统的方法，所述方法具有如下步骤：确定至少一个在优化时间段优化的控制参量，用来使系统的目标函数最小或最大，使得至少一个系统参量满足预先确定的、关于所述控制时间段的附加条件，其中所述确定包括：针对所述附加条件中的每个附加条件设立评价函数，用于基于系统参量的在优化时间段开始时的当前值、系统参量的关于附加条件并且在控制时间段内可达到的最大斜度以及系统参量的关于所述附加条件并且在所述控制时间段内可达到的最小斜度来评价所述系统参量在所述优化时间段结束时的变化，以及在使用所设立的评价函数的情况下，应用优化算法来使目标函数最小或最大，其中所述至少一个系统参量被确定为对可控制的组件的至少一个优化的控制参量的系统响应；而且调节至少一个所确定的优化的控制参量，用来运行所述可控制的组件。

Methods and equipment used to run technical systems

A method for running a system with the aid of a control parameter controlled component is proposed. The method has the following steps: to determine at least one control parameter optimized in the optimal time period to minimize or maximize the target function of the system, making at least one system parameter satisfied in advance, and relating to the system. The additional conditions for the control period are described, in which the determination includes: setting up an evaluation function for each additional condition in the added condition for the current value, the additional conditions of the system parameters, the maximum slope that can be reached within the control time period and the system based on the system parameters, and the system in the control time period. The parameters are related to the added condition and the minimum slope that can be reached within the control time period to evaluate the change of the system parameters at the end of the optimized time period, and in the case of the use of the established evaluation function, the optimization algorithm is applied to make the target function minimum or maximum, of which at least one system is described. The system parameter is determined to be a system response to at least one of the optimal control parameters for the controlled component; and it regulates at least one of the optimal control parameters determined to run the controlled components.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于运行技术系统的方法和设备
本专利技术涉及一种用于运行如下技术系统的方法，所述技术系统具有多个能在包括多个优化时间段的控制时间段期间借助于控制参量控制的组件。本专利技术还涉及一种用于执行这种方法的计算机程序产品以及一种用于运行如下技术系统的设备，所述技术系统具有多个能在包括多个优化时间段的控制时间段期间借助于控制参量控制的组件。
技术介绍
为了运行技术系统，诸如供水网或能量供应网络，常常使用优化算法或数学优化方法。优化算法被用于实现预先确定的目标，尤其是使目标函数最小或最大。针对供水网的示例，目标函数例如可以涉及使用于抽水和处理水的能耗最小。借助于优化算法来优化确定的控制参量，所述控制参量用于调节技术系统的可控制的组件，例如调节供水网的泵和阀门。借助于优化，可以常常在相对短的优化时间段、例如24小时的优化时间段内生成针对在网络状系统中的所有可控制的过程或组件的控制计划。为了可以提供适合的控制计划，优化算法要考虑几个技术方面的边界条件或附加条件，例如针对可控制的组件、如泵或阀门的确定的极限值。为此的其它示例是系统参量的最小值或最大值，诸如供水网的示例的针对水的处理步骤的容量的预先确定的阈值或者储存器的最小或最大料位。这些条件中的多个条件可以直接被评估或者也可以在例如24小时的短的优化时间段之内被评估。不过，也存在边界条件或附加条件，所述边界条件或附加条件造成更大的观察滚动（Beobachtungshorizont），例如几周、几个月或几年的观察滚动。这种长时间附加条件的示例是生产目标，如每个月的确定的水流量或者泵的每个月或每年的最大运行时间。这种长时间附加条件不能在与此相应地较短的优化时间段之内通过传统的边界条件来建模。为了考虑长时间附加条件的一个简单的方案是将优化时间段延长到所述长时间的时间段。不过，这不利地导致优化算法的实施时间延长，所述实施时间例如在一些应用中也可能过长。为了处理长时间附加条件的另一传统的方案是在较短的优化时间段之内将这些长时间附加条件转换成简单的硬性边界条件。这可以通过简单的数学运算或者随机分布来实现。不过，这些方案具有如下缺点：不总是能够在整个控制时间段内提供针对供水网的运行的最好的解决方案。
技术实现思路
在该背景下，本专利技术的任务在于，改善技术系统、诸如供水网的运行。因此，提出了一种用于运行如下技术系统的方法，所述技术系统具有多个能在包括多个优化时间段的控制时间段期间借助于控制参量控制的组件。该方法包括如下步骤：确定至少一个在优化时间段中的每个优化时间段优化的控制参量，用来使系统的目标函数最小或最大，使得至少一个系统参量满足多个预先确定的、关于该控制时间段的附加条件，其中所述确定包括：-针对所述附加条件中的每个附加条件设立评价函数，用于基于系统参量的在优化时间段开始时的当前值、系统参量的关于附加条件并且在控制时间段内可达到的最大斜度以及系统参量的关于附加条件并且在控制时间段内可达到的最小斜度来评价系统参量在优化时间段结束时的变化，以及-在使用所设立的评价函数的情况下，应用优化算法来使目标函数最小或最大，其中所述至少一个系统参量被确定为对可控制的组件的至少一个优化的控制参量的系统响应；而且调节至少一个所确定的优化的控制参量，用来运行所述可控制的组件。该技术系统例如是网络状系统，如供水网或能量供应网络。这些可控制的组件、例如供水网的可控制的组件尤其是泵和阀门。优化算法的优化时间段也可以被称作优化滚动（Optimierungshorizont）。对于供水网的示例来说，该优化时间段例如可以为24小时。控制时间段也可以被视为观察时间段或观察滚动而且例如为30天。对于该示例来说，控制时间段包括30个优化时间段。例如，对于供水网来说，系统参量是在供水网的确定的位置处、例如在泵处的累积的水流量。接着，借助于控制参量来操控泵。关于控制时间段的附加条件由于其涉及到明显大于优化时间段的控制时间段而也可以被称作长时间附加条件。按照本方法，针对长时间附加条件设立评价函数、尤其是具有在0到1之间的函数值的评价函数，其中针对相应的评价函数能设立惩罚函数（penaltyfunction），所述惩罚函数能作为加数简单地被加到目标函数。然后，相应地考虑在每个优化时间段应用优化时的长时间附加条件。尤其是，在不必扩大或延长优化时间段的情况下考虑长时间附加条件。由此，在本方法中，所需的计算花费也几乎没有增加。出于该原因，对于线上应用来说也保证了当前情况下的优化的可行性。不同于传统的方案，在本方法中，长时间附加条件没有被分解到较小的优化时间段，例如没有通过简单的数学运算、如没有通过均匀分布被分解到较小的优化时间段。相对于这种传统的方案，本专利技术明显更灵活。此外，在当前情况下，通过所设立的评价函数来提供与优化算法的简单的接口，因为评价函数尤其是只具有要被交给优化算法的在0到1之间的函数值。出于该原因，不需要修改优化算法。如上面已经列举的那样，只有基于所设立的评价函数的惩罚函数被加给目标函数。因此，只需要如下准备步骤，所述准备步骤将评价函数转换成有利的惩罚函数，所述惩罚函数满足预先确定的并且算法特定的框架条件。优化算法的一个示例是SQP算法（SQP；SequentialQuadraticProgramming（序列二次规划））。针对每个长时间附加条件（以及必要时累积的值）设立评价函数。在此，设立系统参量的最大和最小斜度，尤其是借助于根据技术和逻辑边界条件的求导来设立系统参量的最大和最小斜度。例如，扣除维护时间，泵可以每天最高24小时运行。另一示例是，如果泵在24小时内不停地运行，那么经过该泵的最大水流量是水的总和。除了这种线性的并且恒定的斜度之外，也可能的是预测任意的进展的非线性极限。如果例如计划在确定的时间点进行维护的确定的时长，那么斜度可以被建模为该时长的水平线。相应的评价函数在控制时间段开始时优选地被设立一次，以便接着被用于在控制时间段之内的优化时间段中的每个优化时间段。按照一个实施方式，评价函数的值域在0到1之间。按照另一实施方式，系统参量描述了在控制时间段内累积的值。按照另一实施方式，评价函数被设立为：基于在优化时间段内累积的系统参量的变化来评价（评估）长时间附加条件。在这种情况下，引入评价函数，以便评价或评估系统参量在相应当前的短时间的优化时间段结束时的累积的值。按照另一实施方式，在设立评价函数之前，排除系统参量的如下这种变化，所述变化造成系统参量的基于系统参量的在控制时间段内可达到的最大斜度以及基于系统参量的在控制时间段内可达到的最小斜度所确定的值，所述值不满足长时间附加条件。经此，确定了系统参量的变化的有利的分布。如果系统参量的分布或值与将来的优化步骤无关地导致了不再能够满足条件的情况，那么所述系统参量的分布或值如上面所列举的那样是不利的。按照另一实施方式，该方法包括：以所设立的评价函数作为依据（Argument）来设立惩罚函数，使目标函数扩展所设立的惩罚函数，而且将优化算法应用到被扩展的目标函数上。按照另一实施方式，评价函数被设立为使得：如果基于系统参量的可达到的最大斜度并且基于系统参量的可达到的最小斜度保证了附加条件从当前的时间点起直至控制时间段结束时被满足，那么评价函数的函数值等于0。按照另一实施方本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于运行技术系统（1）的方法，所述技术系统具有多个能在包括多个优化时间段（Topt）的控制时间段（TS）期间借助于控制参量控制的组件（21‑25），所述方法具有如下步骤：a) 确定（110）至少一个在所述优化时间段（Topt）中的每个优化时间段优化的控制参量，用来使系统（1）的目标函数最小或最大，使得至少一个系统参量（V(t)）满足多个预先确定的、关于所述控制时间段（Topt）的附加条件（Vmin、Vmax），其中所述确定包括：‑ 针对所述附加条件（Vmin、Vmax）中的每个附加条件设立（111）评价函数（X(ΔV)），用于基于所述系统参量（V(t)）的在所述优化时间段（Topt）开始（t0）时的当前值（V0）、所述系统参量（V(t)）的关于所述附加条件（Vmin、Vmax）并且在所述控制时间段（TS）内可达到的最大斜度（V1(t)）以及所述系统参量（V(t)）的关于所述附加条件（Vmin、Vmax）并且在所述控制时间段（TS）内可达到的最小斜度（V2(t)）来评价所述系统参量（V(t)）在所述优化时间段（Topt）结束时的变化（ΔV），以及‑ 在使用所设立的评价函数（X(ΔV)）的情况下，应用（112）优化算法来使所述目标函数最小或最大，其中所述至少一个系统参量（V(t)）被确定为对可控制的组件（21‑25）的至少一个优化的控制参量的系统响应；而且b) 调节（120）至少一个所确定的优化的控制参量来运行所述可控制的组件（21‑25）。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.09.25 DE 102015218472.21.一种用于运行技术系统（1）的方法，所述技术系统具有多个能在包括多个优化时间段（Topt）的控制时间段（TS）期间借助于控制参量控制的组件（21-25），所述方法具有如下步骤：a)确定（110）至少一个在所述优化时间段（Topt）中的每个优化时间段优化的控制参量，用来使系统（1）的目标函数最小或最大，使得至少一个系统参量（V(t)）满足多个预先确定的、关于所述控制时间段（Topt）的附加条件（Vmin、Vmax），其中所述确定包括：-针对所述附加条件（Vmin、Vmax）中的每个附加条件设立（111）评价函数（X(ΔV)），用于基于所述系统参量（V(t)）的在所述优化时间段（Topt）开始（t0）时的当前值（V0）、所述系统参量（V(t)）的关于所述附加条件（Vmin、Vmax）并且在所述控制时间段（TS）内可达到的最大斜度（V1(t)）以及所述系统参量（V(t)）的关于所述附加条件（Vmin、Vmax）并且在所述控制时间段（TS）内可达到的最小斜度（V2(t)）来评价所述系统参量（V(t)）在所述优化时间段（Topt）结束时的变化（ΔV），以及-在使用所设立的评价函数（X(ΔV)）的情况下，应用（112）优化算法来使所述目标函数最小或最大，其中所述至少一个系统参量（V(t)）被确定为对可控制的组件（21-25）的至少一个优化的控制参量的系统响应；而且b)调节（120）至少一个所确定的优化的控制参量来运行所述可控制的组件（21-25）。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于以所设立的评价函数（X(ΔV)）作为依据来设立（112a）惩罚函数，使所述目标函数扩展（112b）所设立的惩罚函数，而且将所述优化算法应用（112c）到被扩展的目标函数上。3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述评价函数X(ΔV)的值域在0到1之间。4.根据权利要求1-3之一所述的方法，其特征在于，所述评价函数（X(ΔV)）被设立为使得：如果基于所述系统参量（V(t)）的可达到的最大斜度（V1(t)）并且基于所述系统参量（V(t)）的可达到的最小斜度（V2(t)）保证了附加条件（Vmin）从当前的时间点（t0）起直至所述控制时间段（TS）结束时被满足，那么所述评价函数的函数值等于0。5.根据权利要求1-4之一所述的方法，其特征在于，所述评价函数（X(ΔV)）被设立为使得：如果基于所述系统参量（V(t)）的可达到的最大斜度（V1(t)）并且基于所述系统参量（V(t)）的可达到的最小斜度（V2(t)）保证了所述附加条件（Vmin）从所述当前的时间点（t0）起直至所述控制时间段（TS）结束时能继续满足，那么所述评价函数的函数值大于0并且小于等于1。6.根据权利要求1-5之一所述的方法，其特征在于，所述评价函数（X(ΔV)）被设立为使得：如果基于所述系统参量（V(t)）的可达到的最大斜度（V1(t)）并且基于所述系统参量（V(t)）的可达到的最小斜度（V2(t)）保证了所述附加条件（Vmin）从所述当前的时间点（t0）起直至所述控制时间段（TS）结束时不能满足，那么所述评价函数的函数值等于1。7.根据权利要求1-6之一所述的方法，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：J菲舍尔，A皮尔辛格，T申科，A佐尔，
申请(专利权)人：西门子股份公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE