专利摘要
本发明涉及电梯领域。提供一种面向节能回馈的电梯群控调度方法，该方法能有效指导群控系统的节能运行，实现节能回馈最优调度。为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：面向节能回馈的电梯群控调度方法，包括下列步骤：将单梯能耗划分为起停能耗及运行能耗并分别计算，将各单梯能耗叠加得到电梯群系统总能耗，以最小化电梯群系统能耗的群控调度方法，指导群控派梯的节能调度。本发明主要应用于电梯调度、控制场合。
说明书
技术领域
本发明涉及电梯领域，具体讲涉及面向节能回馈的电梯群控调度方法。
背景技术
电梯群控系统是指将安装在建筑物内的三台或三台以上的电梯作为一个有机整体，利用自动控制系统调度每一部电梯的运行，目的是提高垂直交通系统的运行效率，并最大程度减少群控派梯的代价。
电梯群控的核心在于，应用不同的群控调度方法来减少系统的派梯代价。该代价往往是多方面的，但目前已有的群控方法大多只考虑乘客候梯时间，乘梯时间等指标，而往往忽略了电梯系统的能耗代价，因此有必要研究面向节能的电梯群控调度方法。
电梯群的能耗多消耗于各单部电梯驱动系统中的电动机耗能。(电梯单梯驱动系统主要由电动机和变频器两部分组成。其中，变频器的作用是将电网的工频交流电能转换为赋值和频率可调的交流电能，进行驱动电动机运行，而电动机则用于拖动电梯轿厢进行上下行接送乘客服务。)
传统的单梯驱动装置多采用电动机与非回馈型变频器，而新型的驱动系统由于采用了电动机与新型回馈型变频器，使得各单梯在运行过程中，不仅少耗电，而且在一定条件下还能进行回馈发电。这种节能回馈技术虽有效解决了单梯的节能运行问题，但在由该种节能单梯组成的电梯群控系统中，由于缺少相应配套的调度方法，往往使各单梯的节能回馈特点不能得到充分发挥。
目前，节能群控的研究难点在于，在将上述节能单梯技术应用至群控系统中时，由于群控调度不合理，往往很难使电梯群系统中的各部电梯都始终工作在节能回馈的最佳状态，从而无法实现群控系统节能运行。事实上在群控系统中，如果调度派梯不科学，往往会使单梯节能技术大打折扣，甚至毫无体现，进而无法实现节能群控调度。
发明内容
为克服现有技术的不足，提供一种面向节能回馈的电梯群控调度方法，该方法能有效指导群控系统的节能运行，实现节能回馈最优调度。为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：面向节能回馈的电梯群控调度方法，包括下列步骤：将单梯能耗划分为起停能耗及运行能耗并分别计算，将各单梯能耗叠加得到电梯群系统总能耗，以最小化电梯群系统能耗的群控调度方法，指导群控派梯的节能调度。
所述方法进一步细化为：
设Δm与f(x)，前者用以描述对重质量与轿厢总质量之差，Δm＝mxwt-(mcar+ml)，后者为电梯运行方向的符号函数，当电梯上行时，f(x)＝-1，当电梯下行时，f(x)＝1；
k，i，j三个参数均分别表示第k部电梯接送第i层外呼的第j次起动。在计算起停能耗开始时，需对k，i，j进行初始化，对各值置1；
首先用下式计算第k部电梯接送第i层外呼第j次起动与制动的起停能耗：
Ea&d(k，i，j)＝Δm(k，i，j)·(Pa-Pd)·f(k，i，j)
其中，Ea&d(k，i，j)表示第k部电梯接送第i层外呼第j次起动与制动的起停能耗，Δm(k，i，j)表示第k部电梯接送第i层外呼第j次起动时对重与轿厢总质量之差，Pa表示单位质量加速所需能耗，Pd表示单位质量减速所需能耗，f(k，i，j)表示第k部电梯接送第i层外呼第j次起动时的电梯运行方向函数；
通过下式对Ea&d(k，i，j)进行累加可得第k部电梯接送第i层外呼的总起停能耗：
其中，Ea&d(k，i)表示第k部电梯接送第i层外呼的总起停能耗，p(k，i)表示第k部电梯响应第i层外呼信号时的总起动制动组数；
对Ea&d(k，i)进行累加即可得第k部电梯的总起停能耗：
其中，Ea&d(k)表示第k部电梯的总起停能耗，q(k)表示第k部电梯响应的外呼楼层总数；
最后，对各部电梯的总起停能耗Ea&d(k)进行累加，最终可能电梯群系统的总起停能耗：
其中Ea&d为电梯系统的总起停能耗；
用下式计算第k部电梯接送第i层外呼的第j次起动至该次制动所产生的运行能耗：
Ev(k，i，j)＝Δm(k，i，j)·g·h(k，i，j)·f(k，i，j)
其中，Ev(k，i，j)表示第k部电梯接送第i层外呼的第j次起动至该次制动所产生的运行能耗，g表示重力加速度常数，h(k，i，j)表示第k部电梯接送第i层外呼的第j次起动时所在楼层与该次制动时所在楼层之间的距离；
通过下式对Ev(k，i，j)进行累加可得第k部电梯接送第i层外呼的总运行能耗：
其中，Ev(k，i)表示第k部电梯接送第i层外呼的总运行能耗；
再对Ev(k，i)进行累加即可得第k部电梯的总运行能耗：
其中，Ev(k)表示第k部电梯的总运行能耗；
最后，对各部电梯的总运行能耗Ev(k)进行累加，最终可能电梯群系统的总运行能耗：
其中Ev为总运行能耗；
在计算了电梯群系统的起停总能耗与运行总能耗后，将二者相加，即可得到电梯群系统的总能耗：
最终计算得到的电梯群系统能耗E取值可正可负，若E取负值，则说明在某次群控派梯中，系统中的全部或大部分电梯处于发电状态，整个系统呈现出回馈电能的情况；若E取正值，则表示系统消耗电网能量，处于耗电状态；
在每次进行群控派梯时，节能回馈群控算法首先要载入当前各电梯位置及运行方向，载入此时所有呼梯乘客所在的楼层序号，同时还要设立派梯能耗暂存区并初始化，设立节能最优派梯方案暂存区，用以暂存当前最节能的派梯策略及其对应的能耗值，在完成了上述准备工作后，派梯算法开始寻找能耗代价最小的派梯方案，即最节能的调度策略；在寻优中，算法依次产生新的可行派梯方案，可行是指所选方案要满足系统中各部电梯的单梯运行逻辑，并计算其对应的能耗代价；如果新的方案能耗小于当前暂存区中暂存的方案能耗值，就将新派梯方案更新至暂存区，使暂存区中的派梯方案始终保持是当前最优的；在寻优中，还要保证各派梯方案所对应的乘客候梯时间不能超过预设阈值，防止由于追求系统的节能运行而过分影响了乘客乘梯的感受；经过对所有可行派梯放案的遍历搜索，最终得到节能回馈的最优方案。
本发明可带来如下效果：
在上高峰和随机层间电梯交通模式下，节能回馈调度算法能显著减少电梯系统能耗，而在下高峰模式下，该算法不但使电梯群系统不耗能，而且还能回馈发出电能，供电网或楼宇使用；
利用节能回馈单梯在不同的运行及乘客负载状态下会具有不同的耗电与发电特性，本发明的基于节能回馈单梯技术的电梯群系统在某些交通模式下表现为耗电，而在另外一些模式下表现为发电。
附图说明
图1节能回馈单梯在不同运行状态下的耗电发电示意图。
图2电梯群系统起停能耗计算流程图。
图3电梯群系统运行能耗计算流程图。
图4节能回馈派梯方法流程图。
图5节能回馈调度方法虚拟仿真结构图。
具体实施方式
本发明借助于回馈变频的单部电梯节能技术，提出一种节能回馈的电梯群群控调度方法，使群控系统中各单梯的节能回馈优势发挥至最大，从而将单梯节能成果很好地应用到电梯群控节能中，该方法除了能有效减少整个系统能耗，还具备回馈发电功能，所发电能可供电网或楼宇使用。
(一)目的
本发明的目的在于提出一种面向节能回馈的电梯群控调度方法。
随着变频回馈单梯技术的不断发展，目前在楼宇电梯群控系统中，带有节能回馈功能的电梯已变得越来越普遍。但实际上，由于缺少有效的面向节能派梯调度方法，电梯群中各部单梯的节能回馈性能往往很难最大程度地发挥出来，如何使各梯尽量处于最佳的节能运行状态，从而使整个电梯系统更加绿色节电，一直是节能群控的研究难点。本发明正是针对这个问题，提出一种面向节能回馈的调度方法。该方法能有效指导群控系统的节能运行，在这种调度机制下，电梯群系统不仅耗电少，而且在很多情况下还能回馈发电，可供电网或楼宇使用。在实际应用中，通过将该算法嵌入到控制楼宇多部电梯运行的中央控制器中，即可实现群控系统的节能回馈最优调度。
(二)技术方案
本发明以理论方法和虚拟仿真技术相结合为主要研究手段，提出一种面向节能回馈的电梯群控调度方法，并通过计算机虚拟仿真进行了实验验证。
本发明首先分析了回馈节能单部电梯在不同乘客负载及电梯运行状态下的耗电与发电情况，为后面提出节能回馈群控算法提供基础。事实上，群控算法的调度目标就是力求使各部单梯运行于少耗电，多发电的运行状态，算法核心在于充分发挥各单梯的节能回馈效果，使整个系统呈现节能特性。
为了实现上述调度目标，本发明从理论上推导了群控系统的节能回馈能耗计算方法，并以最小化该能耗值作为群控调度目标。一般情况下，通常认为将电梯群系统中各部单梯能耗值进行求和，所得结果即为系统的总能耗。故最小化电梯系统能耗其实就是力求使各单梯均运行在节能回馈的最佳状态，从而使电梯群系统在整体上实现少耗电，多发电的绿色节能运行。具体而言，本发明从理论上推导了各单梯能耗计算方法，将单梯能耗划分为起停能耗及运行能耗并分别计算，研究了系统总能耗与各单梯能耗之间的关系，在此基础上设计了最小化电梯群系统能耗的群控调度方法，指导群控派梯的节能调度。
最后，编写了测试算法性能的计算机仿真程序，该程序可模拟电梯系统在节能回馈算法调度下的实际运行情况，并提供性能分析数据。
本发明有益效果：
本发明提出的节能回馈电梯群控调度方法，在开发的电梯群控虚拟仿真环境上完成了软件实现并进行了仿真实验。在电梯虚拟仿真环境下设定了如下的仿真参数：
大楼及电梯环境参数：楼层数：24层；楼层高度：门厅高度4米，其余楼层3米；电梯配置：4台带有节能回馈功能的电梯；电梯额定速度：2.5米/秒；电梯加速度：1米/秒2；电梯开关门时间：1秒；电梯额定容量：12人。
选用如下的几种典型的交通流模式进行仿真实验，并将本算法与最小等待时间算法、静态分区调度算法做比较。
交通流1：上高峰交通模式，在10分钟内到达200人；
交通流2：下高峰交通模式，在10分钟内到达200人；
交通流3：随机层间交通模式，在10分钟内到达200人。
算法1：最小等待时间算法；
算法2：静态分区算法；
算法3：节能回馈调度算法。
各算法仿真结果对比如下：
表中的能耗数据，正数表示消耗的电能，负数表示回馈发电的电能。
从实验数据可见：在电梯群控最常见的三种交通流模式的调度中，本发明提出的节能回馈算法的能耗指标始终优于其他调度方法，同时本节能算法的平均候梯时间与候梯时间指标与其他算法的时间指标基本相当，只是乘客平均拥挤度指标比其他算法稍高，但仍在可接受范围之内。总之，本节能回馈算法在不影响乘客乘候梯时间及拥挤度指标的前提下，最大限度地提高了电梯群系统的节能回馈性能。
下面再对算法的能耗性能指标进行定量分析：
在交通流1(上高峰模式)下，电梯系统表现为消耗电能，节能回馈算法比最小等待时间多节电38.7％，比静态分区算法多节电22.4％。
在交通流2(下高峰模式)下，电梯系统表现为回馈电能，节能回馈算法比最小等待时间多发电31.3％，比静态分区算法多发电49.8％。
在交通流3(随机层间模式)下，电梯系统表现为消耗电能，节能回馈算法比最小等待时间多节电38.1％，比静态分区算法多节电20.8％。
总之，在上高峰和随机层间电梯交通模式下，节能回馈调度算法能显著减少电梯系统能耗，而在下高峰模式下，该算法不但使电梯群系统不耗能，而且还能回馈发出电能，供电网或楼宇使用。
此外，之所以基于节能回馈单梯技术的电梯群系统在某些交通模式下表现为耗电，而在另外一些模式下表现为发电，原因在于节能回馈单梯在不同的运行及乘客负载状态下会具有不同的耗电与发电特性，具体情况将在后面的最佳实施方式中详述。
下面结合附图和实施例进一步详细说明本发明。
本发明借助于新型电能回馈单梯技术，提出了面向节能回馈的电梯群控调度方法。首先分析了带有节能回馈技术的单梯在不同乘客负载与运行情况下的耗电及发电情况。然后以此为基础，设计了一种群控调度算法，力求使整个电梯群系统少耗能，多发电，从而实现节能回馈。具体实现方法为，推导了电梯系统的能耗代价公式，提出了群控系统的节能回馈能耗计算方法，并以最小化系统能耗为调度目标，指导群控派梯调度。事实上，系统能耗就是由各部单梯的能耗所组成，最小化系统总能耗，其实就是力求使各单梯均运行在节能回馈的最佳状态。最后通过虚拟仿真方法，对本算法进行了软件编程与仿真实现，结果表明该算法的节能回馈效果显著。
下面首先分析电能回馈单梯在不同状态下的耗电与发电情况。
根据电梯单梯的设计要求，电梯对重的质量要比空载轿厢的重量重45％-50％，故带有回馈变频技术的单梯，在不同负载和运行方向下，会存在以下四种不同的状态。
参见图1，图中mcwt为电梯对重质量，mcar为空载轿厢质量，ml为乘客负载总质量。
(1)状态1：电梯向上运行且对重重量小于轿厢总重量，即mcwt＜(mcar+ml)，则电动机使用电网电能，将电能转换为电梯的重力势能；
(2)状态2：电梯向下运行且对重重量大于轿厢总重量，即mcwt＞(mcar+ml)，则电动机使用电网电能，将电能转换为电梯的重力势能；
(3)状态3：电梯向上运行且对重重量大于轿厢总重量，即mcwt＞(mcar+ml)，则电动机发出电能，将电梯的重力势能转化为电能，通过变频器回馈至电网或供楼宇使用；
(4)状态4：电梯向下运行且对重重量小于轿厢总重量，即mcwt＜(mcar+ml)，则电动机发出电能，将电梯的重力势能转化为电能，通过变频器回馈至电网或供楼宇使用。
此外从理论上讲，电梯运行中还存在一种对重重量等于轿厢总重量的情况，即mcwt＝(mcar+ml)。在这种状态下无重力势能差，电梯运行既不耗电也不发电。这种情况在电梯实际运行当中几乎不会发生，可忽略。
一般而言，面向节能的群控调度目标就是力求使电梯群组内的各部电梯均能高效率的节能运行。换言之，如果群组内各单梯在群控调度下，都能最大限度地发挥各梯的节能回馈效能，那么整个群控系统就实现了节能运行。为此，本发明提出一种面向节能回馈的群控调度方法，具体而言，推导了电梯群控系统的节能回馈能耗计算方法，并以最小化系统能耗为目标进行调度优化。
本发明中将电梯系统能耗分为各电梯起停能耗与运行能耗两部分，而系统总能耗为二者之和。需要说明的是，下面各式的能耗计算结果取值可正可负，正数表示耗能，负数表示发电。此外，以下计算的电梯系统能耗都是针对一次群控派梯所产生的能耗。
这里先引入两个符号Δm与f(x)，前者用以描述对重质量与轿厢总质量之差，Δm＝mcwt-(mcar+ml)，后者为电梯运行方向的符号函数，当电梯上行时，f(x)＝-1，当电梯下行时，f(x)＝1。
参见图2，电梯群系统的起停能耗可由下法计算：
这里之所以将电梯的起动与停止能耗合为起停能耗计算，是因为电梯的每一次起动必伴随一次制动。
这里做一个说明，图2，3中的k，i，j三个参数均分别表示第k部电梯接送第i层外呼的第j次起动。在计算起停能耗开始时，需对k，i，j进行初始化，对各值置1。
本发明采用累加的思想来计算系统的总起停能耗：群控系统的总起停能耗是各部电梯总起停能耗之和，各部电梯总起停能耗是各梯接送分配至各梯的所有外呼楼层的起停能耗之和，而各梯接送每个外呼楼层的起停能耗又是各梯在接送某外呼楼层乘客时多发生的多次起制动能耗之和。
首先用下式计算第k部电梯接送第i层外呼第j次起动与制动的起停能耗。
Ea&d(k，i，j)＝Δm(k，i，j)·(Pa-Pd)·f(k，i，j)
其中，Ea&d(k，i，j)表示第k部电梯接送第i层外呼第j次起动与制动的起停能耗，Δm(k，i，j)表示第k部电梯接送第i层外呼第j次起动时对重与轿厢总质量之差，Pa表示单位质量加速所需能耗，Pd表示单位质量减速所需能耗，f(k，i，j)表示第k部电梯接送第i层外呼第j次起动时的电梯运行方向函数。
某电梯接送某一层的外呼乘客时，往往要经历多次起停，例如，在该电梯去往该外呼楼层的途中，如轿厢内有乘客已到达目的楼层，电梯就需停车开门使已到达的乘客离开。
通过下式对Ea&d(k，i，j)进行累加可得第k部电梯接送第i层外呼的总起停能耗。
其中，Ea&d(k，i)表示第k部电梯接送第i层外呼的总起停能耗，p(k，i)表示第k部电梯响应第i层外呼信号时的总起动制动组数。
单部电梯的总起停能耗可认为是该梯在接送其负责的所有外呼楼层的过程中，产生的所有电梯起停所导致的总能耗。对Ea&d(k，i)进行累加即可得第k部电梯的总起停能耗。
其中，Ea&d(k)表示第k部电梯的总起停能耗，q(k)表示第k部电梯响应的外呼楼层总数。
最后，对各部电梯的总起停能耗Ea&d(k)进行累加，最终可能电梯群系统的总起停能耗。
其中Ea&d为电梯系统的总起停能耗。
参见图3，电梯群系统的运行能耗可由下法计算：
与前述计算起停能耗的思路类似，本发明也采用累加的思想来计算系统的总运行能耗：群控系统的总运行能耗是各部电梯总运行能耗之和，各部电梯总运行能耗是各梯接送分配至各梯的所有外呼楼层的运行能耗之和，而各梯接送每个外呼楼层的运行能耗又是各梯在接送某外呼楼层乘客时发生的多次起制动过程中产生的运行能耗之和。
首先用下式计算第k部电梯接送第i层外呼的第j次起动至该次制动所产生的运行能耗。
Ev(k，i，j)＝Δm(k，i，j)·g·h(k，i，j)·f(k，i，j)
其中，Ev(k，i，j)表示第k部电梯接送第i层外呼的第j次起动至该次制动所产生的运行能耗，g表示重力加速度常数，h(k，i，j)表示第k部电梯接送第i层外呼的第j次起动时所在楼层与该次制动时所在楼层之间的距离。
然后，通过下式对Ev(k，i，j)进行累加可得第k部电梯接送第i层外呼的总运行能耗。
其中，Ev(k，i)表示第k部电梯接送第i层外呼的总运行能耗。
再对Ev(k，i)进行累加即可得第k部电梯的总运行能耗。
其中，Ev(k)表示第k部电梯的总运行能耗。
最后，对各部电梯的总运行能耗Ev(k)进行累加，最终可能电梯群系统的总运行能耗。
其中Ev为总运行能耗。
在计算了电梯群系统的起停总能耗与运行总能耗后，将二者相加，即可得到电梯群系统的总能耗。
最终计算得到的电梯群系统能耗E取值可正可负，若E取负值，则说明在某次群控派梯中，系统中的全部或大部分电梯处于发电状态，整个系统呈现出回馈电能的情况；若E取正值，则表示系统消耗电网能量，处于耗电状态。面向节能回馈群控调度方法的目标是使电梯系统消耗更少的电能，回馈更多的电能。
以上给出了电梯群控节能回馈能耗的计算方法，以最小化该系统能耗为群控派梯目标，来指导群控派梯调度，就可最大程度地使各部单梯的节能回馈优势发挥出来，从而实现电梯系统的能耗最小化，实现最优节能回馈调度，具体的实现步骤参见图4。
在每次进行群控派梯时，节能回馈群控算法首先要载入当前各电梯位置及运行方向，载入此时所有呼梯乘客所在的楼层序号，同时还要设立派梯能耗暂存区并初始化，设立节能最优派梯方案暂存区，用以暂存当前最节能的派梯策略及其对应的能耗值。在完成了上述准备工作后，派梯算法开始寻找能耗代价最小的派梯方案，即最节能的调度策略。在寻优中，算法依次产生新的可行派梯方案(可行是指所选方案要满足系统中各部电梯的单梯运行逻辑)，并计算其对应的能耗代价。如果新的方案能耗小于当前暂存区中暂存的方案能耗值，就将新派梯方案更新至暂存区，使暂存区中的派梯方案始终保持是当前最优的。此外，在寻优中，还要保证各派梯方案所对应的乘客候梯时间不能超过预设阈值，防止由于追求系统的节能运行而过分影响了乘客乘梯的感受。这样，经过对所有可行派梯放案的遍历搜索，就能最终得到节能回馈的最优方案。以此方案进行派梯调度，就实现了整个电梯系统的最优节能回馈运行。
为了验证本专利所提方法的有效性，设计了节能回馈派梯方法的虚拟仿真软件，软件结构图如图5所示。在仿真中，首先要初始化楼宇及电梯配置信息，电梯交通流模式，然后导入节能回馈群控派梯算法，则软件的虚拟电梯逻辑模块就能实时地模拟各部电梯在该算法调度下的运行情况，仿真结束后，可输出派梯结果文件，同时输出系统能耗等调度性能指标供分析使用。
面向节能回馈的电梯群控调度方法专利购买费用说明
Q：办理专利转让的流程及所需资料
A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。
1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。
2：按规定缴纳著录项目变更手续费。
3：同时提交相关证明文件原件。
4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。
Q:专利著录项目变更费用如何缴交
A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式
Q：专利转让变更，多久能出结果
A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。
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