[发明专利]供水网络的控制

说明书

供水网络包括节点部件和边缘部件，其中边缘部件在节点部件之间输送水。边缘部件中的至少一个相对于其水的流动行为为可控的。一种用于控制供水网络的方法包括以下步骤：确定包括多个时间片的规划周期；确定时间片中水的供给和预期提取的上限和下限；确定至少一个边缘部件的可能操作配置；确定激活时间片中边缘部件的能量成本；确定节点部件的允许状态；确定边缘部件或节点部件的当前状态（初始状态）；以及基于所确定的信息确定用于该至少一个边缘部件的控制计划，以这样的方式使得预定水平衡在随时间平均的每个时间片中保持。

技术领域

本发明涉及一种供水网络。特别地，本发明涉及供水网络的部件的控制。

背景技术

供水网络适于向多个私人和/或商业用户供水。供水网络可通过区分节点部件和边缘部件来建模，其中水经由节点部件之间的边缘部件输送。节点部件可包括诸如井、源或外部水进给器的进给器；用水户；水容器，可能为水槽或水池；以及供水或收集点。边缘部件可用管道、泵或阀表示。

通过影响流经各个部件的水流来控制供水网络。在这种情况下，需要考虑许多辅助条件。例如，特定部件可以模拟方式控制，其他部件仅以二进制方式控制。多个部件的激活的特定组合可能为不允许的。为了经济地操作供水网络，通常尽可能均匀地控制部件为有利的。例如，如果泵永久以中速运行而不是定期以高速运行并再次关闭，则可最小化能量需求。特别地，应该最小化总成本，其包括能量成本和转换成本，并且同时应该确保消费者的供水。

用于控制供水网络的现有规划系统通常基于简化模型，例如，该模型不考虑任何仅整数状态或决策变量。确定到此程度的控制方案可能需要附加的启发式应用，以便能够在允许的情况下实施计算出的部件控制的计划。例如，阀可能会受到影响，只能打开或关闭。然后必须调整阀状态的部分变量。通常，随后还必须调整其他变量以便补偿适应所引入的影响。

发明内容

本发明的一个目的为提供一种用于控制供水网络的改进技术。本发明借助于本申请的主题解决该目的。

供水网络包括节点部件和边缘部件，其中边缘部件在节点部件之间输送水。边缘部件中的至少一个相对于其水的流动行为为可控的。一种用于控制供水网络的方法包括以下步骤：确定包括多个时间片的规划周期；确定在时间片中向供水网络中供水的上限和下限；确定在时间片中来自供水网络的水的预期提取；确定至少一个边缘部件的可能操作配置；确定激活时间片中的至少一个可控边缘部件的能量成本；确定供水网络的节点部件的允许状态；确定供水网络的部件的当前状态（初始状态）；以及基于所确定的信息确定用于该至少一个可控边缘部件的控制计划，以这样的方式使得在随时间平均的每个时间片中保持供水网络的预定水平衡。控制计划包括至少一个边缘部件的激活的时间序列。在这种情况下，控制计划允许至少一个边缘部件的不同激活之间的转换在每个时间片中仅一次，并且在从一个时间片到接着的时间片的转换处一次。转换尤其可包括切换或改变边缘元件的操作配置。

操作配置优选地包括供水网络的边缘部件的配置。该配置尤其可包括可控部件的激活状态以及边缘部件的能量摄入或通过边缘部件的流动。供水网络的操作配置可包括所有边缘部件的操作配置。

可控边缘部件可为主动的，其中它被激活并且接收能量，或者不为主动的或被动的，其中它不被激活并且不接收能量。从主动状态到被动状态的转换或者相反地称为切换或切换过程。切换还可包括两个主动操作配置之间的转换，其特别地被分配给多个大的能量摄入。

本发明基于以下发现：即为了有效和经济地控制供水网络，不仅需要确保向消费者供应水并且最小化可控部件的能量消耗，而且通过最小化其切换过程来尽可能保护边缘部件也是有利的。该部件可具有例如电驱动装置，并且特别地包括泵或类似设备。电驱动装置例如可包括异步马达，该异步马达具有可感知的功率，例如在几十千瓦或几百千瓦的范围内。当接通异步马达时，在磁力和机械转速之间存在100%的滑移，并且大部分滑移可转换成热而不是转矩。因此，在每次接通期间，部件的电驱动装置可受到热应力，从而可减少其寿命。通过最小化切换过程可显著延长边缘元件的寿命。