一種地源熱泵制冷系統(tǒng)優(yōu)化控制方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種地源熱泵制冷系統(tǒng)節(jié)能優(yōu)化方法，屬于建筑空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能優(yōu)化控制領(lǐng)域。本發(fā)明將幾種模型進(jìn)行優(yōu)化組合，即使一個(gè)效果不佳的預(yù)測(cè)模型，只要它含有系統(tǒng)的對(duì)立信息，當(dāng)其與一個(gè)和幾個(gè)較好的預(yù)測(cè)模型進(jìn)行聯(lián)合預(yù)測(cè)后，仍然能夠改善系統(tǒng)的預(yù)測(cè)特性，為提高最終的預(yù)測(cè)精度，控制系統(tǒng)運(yùn)用組合預(yù)測(cè)方法綜合利用各種方法所提供的信息，避免單一預(yù)測(cè)模型丟失有用的信息，減少隨機(jī)性，提高預(yù)測(cè)精度。本發(fā)明的最優(yōu)值在確保滿足末端負(fù)荷需求的前提下，使系統(tǒng)的能耗最小。當(dāng)最優(yōu)設(shè)定值確定后，控制系統(tǒng)中央制冷系統(tǒng)運(yùn)行在最優(yōu)設(shè)定工況。
【專利說明】一種地源熱泵制冷系統(tǒng)優(yōu)化控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種地源熱泵制冷系統(tǒng)節(jié)能優(yōu)化方法，屬于建筑空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能優(yōu)化控制領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]國(guó)民經(jīng)濟(jì)能源消耗構(gòu)成主要有工業(yè)能耗、交通能耗和建筑能耗，隨著我國(guó)小康社會(huì)的穩(wěn)步推進(jìn)，城市化建設(shè)的步伐也在不斷加大于此帶來的建筑能耗問題不容忽視，而建筑能耗的三分之二的為空調(diào)系統(tǒng)耗能，在建筑能耗占整個(gè)能源消耗的比例不斷增加的現(xiàn)狀下，建筑中的空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能已經(jīng)成為節(jié)能領(lǐng)域中的一個(gè)重點(diǎn)和熱點(diǎn)。在大力提倡綠色低碳生活的今天，加大空調(diào)節(jié)能的力度對(duì)節(jié)約能源無疑有著巨大的實(shí)際意義，地源熱泵技術(shù)是近幾十年來國(guó)家大力推廣的建筑節(jié)能技術(shù)，與傳統(tǒng)的空調(diào)系統(tǒng)相比用地埋管替換冷卻塔設(shè)備，可以充分利用地?zé)豳Y源，實(shí)現(xiàn)夏季取冷冬季取熱，是一種真正的綠色空調(diào)技術(shù)。
[0003]隨著樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)和變頻調(diào)速技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展，自動(dòng)控制技術(shù)逐漸在暖通空調(diào)領(lǐng)域推廣開來，但是中央空調(diào)系統(tǒng)是一個(gè)具有時(shí)滯、時(shí)變、非線性和大惰性的復(fù)雜系統(tǒng)，其復(fù)雜性導(dǎo)致中央空調(diào)系統(tǒng)難以用精確地?cái)?shù)學(xué)模型或方法來描述，這給控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)精確控制帶來不小的困難，在實(shí)際工程中仍然很大程度上依賴于人工管理；同時(shí)由于缺乏先進(jìn)的控制技術(shù)手段和裝備，中央空調(diào)系統(tǒng)大多仍采用傳統(tǒng)的人工管理方式和簡(jiǎn)易的開關(guān)控制設(shè)備，不能實(shí)現(xiàn)空調(diào)制冷跟隨末端負(fù)荷的變化而動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)，在部分負(fù)荷運(yùn)行時(shí)造成能源浪費(fèi)很大，使建筑用能效率低下，空調(diào)系統(tǒng)自動(dòng)化程度不高，直接影響到暖通空調(diào)管理水平。
[0004]另一方面，實(shí)現(xiàn)制冷系統(tǒng)運(yùn)行工況點(diǎn)與制冷量的匹配對(duì)于控制系統(tǒng)是至關(guān)重要的，做到這一點(diǎn)，要求控制系統(tǒng)必須采取一套切實(shí)可行的控制算法作為指導(dǎo)；然而大多數(shù)情況下暖通空調(diào)控制系統(tǒng)是利用一定的經(jīng)驗(yàn)或半經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行調(diào)節(jié)，這種方法僅僅是基于數(shù)據(jù)擬合的思想，進(jìn)一步考慮可以發(fā)現(xiàn)僅僅利用曲線回歸獲取制冷系統(tǒng)能效比與各影響因素的系數(shù)是一組靜態(tài)參數(shù)，實(shí)際上制冷系統(tǒng)能效比不僅與某一個(gè)參數(shù)有關(guān)還與其他參數(shù)有關(guān)，因此擬合關(guān)系式中的參數(shù)實(shí)際上并不是固定不變的而是一組慢時(shí)變系數(shù)，即在不同的運(yùn)行狀態(tài)下系數(shù)是不同的，從自適應(yīng)控制的角度來講，擬合的半經(jīng)驗(yàn)公式并不適用于控制系統(tǒng)的在線診斷。另外，這種經(jīng)驗(yàn)公式是否能夠很好地揭示影響熱泵系統(tǒng)能效比的作用機(jī)理，其準(zhǔn)確度尚未有科學(xué)的依據(jù)加以驗(yàn)證，因此實(shí)際運(yùn)行中熱泵系統(tǒng)的調(diào)節(jié)存在很大的粗糙性，如果系統(tǒng)不能在一個(gè)較好的工況點(diǎn)下運(yùn)行，必然導(dǎo)致其能效比大打折扣，不利于節(jié)倉泛。
[0005]綜上所述，由于中央空調(diào)系統(tǒng)的時(shí)變動(dòng)態(tài)特征，傳統(tǒng)的節(jié)能控制策略不能在制冷系統(tǒng)運(yùn)行過程中實(shí)時(shí)的在線積累和綜合有關(guān)的信息，進(jìn)行即時(shí)的修正或調(diào)節(jié)系統(tǒng)的控制參數(shù)，更不能使空調(diào)系統(tǒng)始終處于最優(yōu)或接近最優(yōu)的工作狀態(tài)。
[0006]—、空調(diào)實(shí)時(shí)負(fù)荷確定的背景
實(shí)現(xiàn)地源熱泵系統(tǒng)的優(yōu)化運(yùn)行的前提是控制系統(tǒng)能夠較高精度地預(yù)測(cè)下一時(shí)刻建筑物的空調(diào)負(fù)荷，以保證系統(tǒng)供冷和負(fù)荷用冷在數(shù)量上相等，時(shí)間上同步。然而建筑物空調(diào)負(fù)荷變化具有動(dòng)態(tài)性、時(shí)變性、多擾量性、不確定性等隨機(jī)特性的典型非線性特征，為便于控制系統(tǒng)提前動(dòng)作，必須得到下一時(shí)刻建筑物的預(yù)測(cè)負(fù)荷值，所以尋求一種有效準(zhǔn)確的負(fù)荷預(yù)測(cè)方法對(duì)空調(diào)系統(tǒng)的優(yōu)化運(yùn)行和控制具有重大的意義。在實(shí)際運(yùn)行中，空調(diào)逐時(shí)負(fù)荷如果按照設(shè)備選型時(shí)負(fù)荷計(jì)算的方法確定，必然浪費(fèi)較大的人力物力，因此在工程運(yùn)行管理中沒被采用。目前來看，空調(diào)負(fù)荷的確定實(shí)際上是一種“補(bǔ)救”的方法，沒有從建筑物的圍護(hù)結(jié)構(gòu)和室內(nèi)得熱量、人員散濕量的角度考慮，而是從冷源側(cè)制冷量考慮，控制系統(tǒng)通過溫濕度傳感器測(cè)得室內(nèi)逐時(shí)溫濕度，由于空調(diào)房間的溫濕度有一定的允許波動(dòng)范圍，只要室內(nèi)實(shí)際溫濕度與設(shè)定溫濕度偏差不大，就可以認(rèn)為制冷量基本滿足該時(shí)刻的空調(diào)負(fù)荷，然后控制系統(tǒng)作用于泵與主機(jī)的壓縮機(jī)等調(diào)節(jié)制冷量使得制冷量滿足室內(nèi)空調(diào)負(fù)荷，這種補(bǔ)救方法雖然在一定程度上滿足工程的要求，但是由于這種時(shí)滯性的存在，并不排除某一時(shí)刻由于冷站制冷量不能滿足空調(diào)負(fù)荷而導(dǎo)致室內(nèi)溫濕度波動(dòng)較大的現(xiàn)象存在，這樣一來要么室內(nèi)溫度過高不能滿足舒適度的要求，要么溫度太低浪費(fèi)能量，不利于建筑節(jié)能。進(jìn)一步考慮，這種補(bǔ)救措施實(shí)際上還存在以下3個(gè)方面的缺陷:
I)、制冷量測(cè)試的準(zhǔn)確性
現(xiàn)行的冷站制冷量確定采用下式計(jì)算=，但是如果某一時(shí)刻需要開啟一臺(tái)
泵或停一臺(tái)泵，導(dǎo)致流量突然加大或突然減小很多，必然導(dǎo)致溫度有較大的波動(dòng)，溫度測(cè)試的時(shí)刻如果在這個(gè)較大波動(dòng)的范圍內(nèi)，必然導(dǎo)致冷量的計(jì)算不合理存在較大的誤差，另外流量傳感器相對(duì)于溫度傳感器而言可靠性也較差，利用這種方法計(jì)算的負(fù)荷在某種情況下可能偏離實(shí)際值很大。
[0007]2 )、冷機(jī)的制冷量與末端的需冷量的平衡問題
即使冷量測(cè)試的結(jié)果比較準(zhǔn)確，冷機(jī)的制冷量與需冷量的匹配也是一個(gè)很大的問題:如果供水溫度定在設(shè)定值，冷凍水流量足夠大，這就表明當(dāng)前的制冷量能夠滿足建筑物末端的要求，因此實(shí)際測(cè)出的冷量即為需冷量，當(dāng)供水溫度高于設(shè)定值或者供回水溫差偏大，流量較低時(shí)很有可能當(dāng)前提供的冷量低于需要的冷量，建筑物并沒有達(dá)到需要的工況，但也可能是系統(tǒng)正處在合適的運(yùn)行狀態(tài)，怎樣區(qū)分夠與不夠，僅根據(jù)冷站測(cè)試的水溫和流量往往很難做出判斷。
[0008]3)、“補(bǔ)救”調(diào)節(jié)缺少理論依據(jù)
控制系統(tǒng)通過測(cè)試室內(nèi)溫濕度，決定冷量的加大或減少，目前來說由于缺少一定的調(diào)節(jié)依據(jù)，往往人為因素較大，通過手控泵的開啟或主機(jī)的啟停等來調(diào)節(jié)，由于控制算法不明確，控制比較粗糙。
二、制冷系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)優(yōu)化調(diào)節(jié)的背景
中央制冷系統(tǒng)包括三個(gè)子系統(tǒng)，即制冷機(jī)系統(tǒng)、冷卻水系統(tǒng)和冷凍水系統(tǒng)。這三個(gè)子系統(tǒng)在運(yùn)行時(shí)都消耗一定的能量，它們之間相互影響，相互作用。通常當(dāng)一個(gè)子系統(tǒng)的能耗減小時(shí)，另一個(gè)子系統(tǒng)的能耗就會(huì)增加。而且，一個(gè)子系統(tǒng)能耗的增加量通常也不等于另一個(gè)子系統(tǒng)能耗的減少量。二者之間的關(guān)系隨運(yùn)行工況的變化而不斷變化。因此，對(duì)整個(gè)中央制冷系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化的目標(biāo)不是使其中某一個(gè)單一子系統(tǒng)的功耗最小，而是使整個(gè)系統(tǒng)的總功耗最小。當(dāng)采用系統(tǒng)優(yōu)化方法時(shí)，必須將整個(gè)中央制冷系統(tǒng)的運(yùn)行視作一個(gè)整體的協(xié)調(diào)過程。系統(tǒng)優(yōu)化的基本思想就是在滿足給定工況(所有的末端負(fù)荷需求的前提)下，使上述三個(gè)子系統(tǒng)的總能耗最小， 在實(shí)際應(yīng)用中，對(duì)各個(gè)子系統(tǒng)進(jìn)行性能評(píng)估比較困難。這是因?yàn)楦鱾€(gè)子系統(tǒng)是耦合的而不是獨(dú)立的，因此對(duì)制冷系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化控制的任務(wù)包括以下幾點(diǎn):
1)、確定建筑物冷負(fù)荷及相關(guān)外部環(huán)境；
2)、確定制冷機(jī)組的性能；
3)、識(shí)別和確定控制變量的最優(yōu)設(shè)定值，這些最優(yōu)設(shè)定值應(yīng)使整個(gè)系統(tǒng)的能耗最?。?br> 4)、控制系統(tǒng)和子系統(tǒng)運(yùn)行在優(yōu)化設(shè)定值的調(diào)節(jié)；
對(duì)某一特定的系統(tǒng)而言，進(jìn)行系統(tǒng)優(yōu)化的主要任務(wù)包括找到最優(yōu)的冷卻水入水溫度，冷凍水溫度，冷卻水流量、冷凍水流量、輸送設(shè)備的負(fù)荷分配率等。這些最優(yōu)值在確保滿足末端負(fù)荷需求的前提下，使系統(tǒng)的能耗最小。當(dāng)最優(yōu)設(shè)定值確定后，控制系統(tǒng)中央制冷系統(tǒng)運(yùn)行在最優(yōu)設(shè)定工況。
[0009]必須說明的是，這些最優(yōu)設(shè)定值并不是恒定不變的，而是隨著建筑負(fù)荷和運(yùn)行工況(如室外溫濕度和各子系統(tǒng)的性能等)的變化而實(shí)現(xiàn)優(yōu)化匹配。所有這些因素將使在線優(yōu)化控制在實(shí)際中變得比較困難。
[0010]另外由于整個(gè)制冷系統(tǒng)是相互耦合的，對(duì)制冷系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化就必須將整個(gè)系統(tǒng)閉環(huán)分析，不能將某一個(gè)子系統(tǒng)脫離整體單獨(dú)進(jìn)行分析，正是這種強(qiáng)耦合性使得優(yōu)化控制工作的第一步難以找到突破口，從而給制冷系統(tǒng)的優(yōu)化控制帶來了很大的難度。但是制冷系統(tǒng)中機(jī)組的耗電量占絕大部分，冷源系統(tǒng)的能效比與機(jī)組的相關(guān)性最大，因此機(jī)組的運(yùn)行能效比達(dá)到最優(yōu)，整個(gè)系統(tǒng)的能效比基本上也達(dá)到最優(yōu)，故可以從制冷機(jī)組出發(fā)，得到優(yōu)化工作的突破口。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]針對(duì)現(xiàn)有制冷系統(tǒng)節(jié)能控制方法存在的不足，本發(fā)明提出一種針對(duì)地源熱泵制冷系統(tǒng)的智能優(yōu)化控制方法。本發(fā)明的基本思想是，在樓宇自控系統(tǒng)Loniorks平臺(tái)上進(jìn)行二次開發(fā)實(shí)現(xiàn)單片機(jī)Lon-works的集成，單片機(jī)控制語言采用MATLAB編寫，單片機(jī)作為一級(jí)控制單元，包括空調(diào)負(fù)荷預(yù)測(cè)模塊和制冷系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)優(yōu)化設(shè)置模塊，Lon-works作為二級(jí)控制單元實(shí)現(xiàn)制冷系統(tǒng)實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)的采集和一級(jí)控制信號(hào)的傳輸與制冷系統(tǒng)相關(guān)硬件設(shè)備的實(shí)時(shí)控制，一方面保證系統(tǒng)供冷和負(fù)荷用冷在數(shù)量上相等，時(shí)間上同步，另一方面使得控制系統(tǒng)能夠提前對(duì)制冷系統(tǒng)的各參數(shù)變量進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)，確保制冷系統(tǒng)始終處于最優(yōu)或接近最優(yōu)的工作狀態(tài)。
[0012]實(shí)現(xiàn)制冷系統(tǒng)最優(yōu)控制是在用空調(diào)負(fù)荷給定的情況下，控制系統(tǒng)給出一組最優(yōu)參數(shù)即系統(tǒng)運(yùn)行最優(yōu)工況點(diǎn)，在這組參數(shù)下系統(tǒng)運(yùn)行的能效比COP值最大。在實(shí)際運(yùn)行中，由于建筑物的熱惰性、室外氣溫的非周期變化以及日照影響等因素并不是立即發(fā)生，而是滯后一段時(shí)間，因此為保證空調(diào)系統(tǒng)要求的溫濕度，熱源(冷源)逐時(shí)的供熱(冷)量是一種動(dòng)態(tài)變化的量，為了更好地實(shí)現(xiàn)按需熱(冷)，必須用動(dòng)態(tài)的方法分析熱力狀況，并用預(yù)測(cè)參數(shù)的方法對(duì)供冷系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)。因此，控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)最優(yōu)控制的前提是預(yù)測(cè)空調(diào)負(fù)荷以便在線診斷。然后完成制冷系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)的優(yōu)化調(diào)節(jié)。
[0013]在空調(diào)負(fù)荷預(yù)測(cè)方面，由于空調(diào)負(fù)荷的變化與外界環(huán)境、內(nèi)擾以及建筑物的熱惰性等因素相關(guān)，但是難以找到影響機(jī)理。建筑負(fù)荷預(yù)測(cè)方法很多，而且各自適用的條件和特點(diǎn)不同，一段時(shí)期內(nèi)建筑負(fù)荷有時(shí)具有這一種模型的特點(diǎn)，有時(shí)具有另一種模型的特點(diǎn)，有時(shí)兩者兼?zhèn)?，那么就可以將幾種模型進(jìn)行優(yōu)化組合，即使一個(gè)效果不佳的預(yù)測(cè)模型，只要它含有系統(tǒng)的對(duì)立信息，當(dāng)其與一個(gè)和幾個(gè)較好的預(yù)測(cè)模型進(jìn)行聯(lián)合預(yù)測(cè)后，仍然能夠改善系統(tǒng)的預(yù)測(cè)特性，為提高最終的預(yù)測(cè)精度，控制系統(tǒng)運(yùn)用組合預(yù)測(cè)方法綜合利用各種方法所提供的信息，避免單一預(yù)測(cè)模型丟失有用的信息，減少隨機(jī)性，提高預(yù)測(cè)精度?；诟鞣N預(yù)測(cè)模型的優(yōu)缺點(diǎn)，選用智能預(yù)測(cè)方法:灰色預(yù)測(cè)模型、GRNN神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)與LSSVM預(yù)測(cè)，最后將這四種預(yù)測(cè)模型的預(yù)測(cè)結(jié)果運(yùn)用最優(yōu)組合預(yù)測(cè)的方法一灰色數(shù)據(jù)融合技術(shù)進(jìn)行融合得到最終空調(diào)負(fù)荷預(yù)測(cè)值。
[0014]在制冷系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)優(yōu)化調(diào)節(jié)方面，由于制冷系統(tǒng)運(yùn)行性能參數(shù)的因素主要有以下6個(gè):冷水機(jī)組的制冷量、冷凍水出口溫度、冷卻水入口溫度、冷卻水流量、冷凍水流量，設(shè)備組的負(fù)荷分配率；對(duì)于地源熱泵整個(gè)制冷系統(tǒng)而言這里的設(shè)備組除了機(jī)組之外，還有冷卻水泵，冷凍水泵等設(shè)備；負(fù)荷分配率的確定與設(shè)備的樣本特性曲線有很大的關(guān)聯(lián)，對(duì)于機(jī)組而言，負(fù)荷分配的意義是在總制冷量一定時(shí)其總耗電量最小，對(duì)于水泵，由于它們負(fù)責(zé)的是水量的輸送，而影響它們的耗電量的因素只是流量這一個(gè)因素，這樣一來，對(duì)這些設(shè)備優(yōu)化控制的前提是得到輸送的總流量大小，當(dāng)流量確定之后，可根據(jù)設(shè)備的樣本曲線確定各設(shè)備的負(fù)荷分配率，實(shí)現(xiàn)完成一定流量輸送的任務(wù)而設(shè)備總耗電量最小。
[0015]因此在對(duì)整個(gè)制冷系統(tǒng)優(yōu)化時(shí)，可以分兩步進(jìn)行:
(I)、根據(jù)空調(diào)總負(fù)荷，在滿足制冷機(jī)組最優(yōu)COP前提下確定對(duì)應(yīng)的冷卻水(冷凍水)流量和(冷卻水入口、冷凍水出口)溫度，完成第一步優(yōu)化。
[0016]%、根據(jù)總的制冷量完成制冷機(jī)組的負(fù)荷分配率，根據(jù)總流量由水泵的特性曲線確定其負(fù)荷分配率，進(jìn)而完成系統(tǒng)最終的優(yōu)化。
[0017]本發(fā)明的技術(shù)方案是:一種地源熱泵制冷系統(tǒng)優(yōu)化控制方法，具體實(shí)現(xiàn)步驟如下:
第一步，隨著制冷系統(tǒng)的運(yùn)行，Lon-works控制平臺(tái)不斷采集制冷機(jī)組的運(yùn)行參數(shù)，根據(jù)吉田函數(shù)模型采用的無量綱數(shù)據(jù)處理形式，將制冷機(jī)組能效比、制冷量、冷卻水流量、冷凍水流量、冷卻水入口溫度、冷凍水出口溫度分別進(jìn)行無量綱化處理，不斷擴(kuò)充制冷機(jī)組運(yùn)行數(shù)據(jù)庫；
第二步，運(yùn)用三種智能預(yù)測(cè)方法:灰度預(yù)測(cè)、廣義回歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)、最小二乘支持向量機(jī)預(yù)測(cè)分別預(yù)測(cè)空調(diào)負(fù)荷，針對(duì)三種預(yù)測(cè)模型的優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)特點(diǎn)，運(yùn)用灰色數(shù)據(jù)融合模型整合三種模型的預(yù)測(cè)結(jié)果得到空調(diào)負(fù)荷的預(yù)測(cè)值，達(dá)到空調(diào)負(fù)荷相對(duì)準(zhǔn)確預(yù)測(cè)的目的。
[0018]第三步，運(yùn)用帶指數(shù)遺忘的最小二乘方法對(duì)基于吉田函數(shù)模型的制冷機(jī)組能效比經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行系數(shù)的自適應(yīng)擬合，實(shí)現(xiàn)經(jīng)驗(yàn)公式系數(shù)動(dòng)態(tài)調(diào)整的目的，根據(jù)制冷量與空調(diào)負(fù)荷在時(shí)間上同步數(shù)量上相等的原則，將吉田函數(shù)模型中的制冷量用預(yù)測(cè)的空調(diào)負(fù)荷替代，以期在一定制冷量下準(zhǔn)確描述制冷機(jī)組能效比與冷卻水流量、冷凍水流量、冷卻水入口溫度、冷凍水出口溫度4個(gè)參數(shù)的關(guān)系。
[0019]第四步，利用極值原理，將吉田函數(shù)模型對(duì)4個(gè)參數(shù)(冷卻水流量、冷凍水流量、冷卻水入口溫度、冷凍水出口溫度)進(jìn)行偏導(dǎo)數(shù)計(jì)算，聯(lián)立得到的4個(gè)方程組得到下一時(shí)刻制冷機(jī)組接近最優(yōu)的4個(gè)運(yùn)行參數(shù)工況點(diǎn)。[0020]第五步，運(yùn)用單純形方法進(jìn)行制冷機(jī)組4個(gè)參數(shù)的最優(yōu)組合搜索，單純形法中采用的評(píng)價(jià)函數(shù)用廣義回歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(GRNN)計(jì)算，GRNN神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入為三個(gè)主因子(冷卻水流量和冷卻水入口溫度合并為一個(gè)主因子，冷凍水流量為一個(gè)主因子，冷凍水出口溫度為一個(gè)主因子)，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸出為制冷機(jī)組能效比。
[0021]第六步，進(jìn)行制冷系統(tǒng)其他運(yùn)行參數(shù)的優(yōu)化:制冷機(jī)組、冷卻水泵以及冷卻水泵的開啟臺(tái)數(shù)和負(fù)荷率分配。
[0022]第七步，根據(jù)下一時(shí)刻制冷系統(tǒng)的最優(yōu)運(yùn)行參數(shù)組合，對(duì)各參數(shù)變量提前進(jìn)行控制，以保證待測(cè)時(shí)刻到來時(shí)，制冷系統(tǒng)處于最優(yōu)的工作狀態(tài)。
[0023]
【專利附圖】

【附圖說明】
[0024]圖1是地源熱泵制冷系統(tǒng)中Lon-works與單片機(jī)集成控制原理圖；
圖2是Lon-works監(jiān)控平臺(tái)數(shù)據(jù)采集與控制信號(hào)傳輸系統(tǒng)圖；
圖3是地源熱泵制冷系統(tǒng)控制流程圖；
圖4是地源熱泵系統(tǒng)流量單片機(jī)控制原理電路圖(該圖注:若優(yōu)化后的流量大于實(shí)測(cè)流量則流量指示器為紅色，并加大總水流量；否則為綠色，減少總水流量);
圖5是地源熱泵系統(tǒng)設(shè)備負(fù)荷率分配單片機(jī)控制原理電路圖(該圖注:這里的設(shè)備組指的是主機(jī)和冷卻水泵、冷凍水泵。當(dāng)設(shè)備為水泵時(shí)繼電器驅(qū)動(dòng)的是主機(jī)和水泵之間的分水器；當(dāng)設(shè)備為主機(jī)時(shí)，繼電器驅(qū)動(dòng)的是主機(jī)的壓縮機(jī))；
圖6是基于GRNN神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)空調(diào)負(fù)荷預(yù)測(cè)原理圖(該圖注:一小時(shí)內(nèi)采樣時(shí)間間隔為10分鐘，相關(guān)參數(shù)序列為6個(gè))；
圖7是制冷機(jī)組四個(gè)運(yùn)行參數(shù)主成分分析流程圖；
圖8是基于GRNN神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算制冷機(jī)組能效比原理圖；
圖9是基于單純形法的制冷機(jī)組4個(gè)運(yùn)行參數(shù)優(yōu)化流程圖；
圖10是遺傳算法原理圖；
圖11是遺傳算法染色體編碼方式；
圖12是遺傳算法染色體碼段數(shù)據(jù)搜索區(qū)間；
圖13是基于模擬退火遺傳算法的制冷設(shè)備運(yùn)行臺(tái)數(shù)和負(fù)荷率分配整體優(yōu)化流程圖?！揪唧w實(shí)施方式】
[0025]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行系統(tǒng)詳細(xì)地說明。
[0026]參照附圖1，本發(fā)明的一種地源熱泵制冷系統(tǒng)優(yōu)化控制方法主要包括以下幾個(gè)步驟:
步驟一、隨著制冷系統(tǒng)的運(yùn)行，Lon-works控制平臺(tái)不斷采集制冷機(jī)組的運(yùn)行參數(shù):制冷機(jī)組能效比、制冷量、冷卻水流量、冷凍水流量、冷卻水入口溫度、冷凍水出口溫度、制冷機(jī)組開啟臺(tái)數(shù)和負(fù)荷率、冷凍水泵開啟臺(tái)數(shù)和負(fù)荷率、冷卻水泵開啟臺(tái)數(shù)和負(fù)荷率。
[0027]將制冷機(jī)組能效比、制冷量、冷卻水流量、冷凍水流量、冷卻水入口溫度、冷凍水出口溫度分別進(jìn)行無量綱化處理，不斷擴(kuò)充制冷機(jī)組運(yùn)行數(shù)據(jù)庫；
【權(quán)利要求】
1.一種地源熱泵制冷系統(tǒng)優(yōu)化控制方法，包括以下步驟: 步驟一、采集制冷機(jī)組的運(yùn)行參數(shù)，包括制冷機(jī)組能效比、制冷量、冷卻水流量、冷凍水流量、冷卻水入口溫度、冷凍水出口溫度、制冷機(jī)組開啟臺(tái)數(shù)和負(fù)荷率、冷凍水泵開啟臺(tái)數(shù)和負(fù)荷率、冷卻水泵開啟臺(tái)數(shù)和負(fù)荷率； 步驟二、運(yùn)用三種智能預(yù)測(cè)方法:灰度預(yù)測(cè)、廣義回歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)、最小二乘支持向量機(jī)預(yù)測(cè)分別預(yù)測(cè)空調(diào)負(fù)荷，最后運(yùn)用灰色數(shù)據(jù)融合模型整合三種模型的預(yù)測(cè)結(jié)果得到空調(diào)負(fù)荷的預(yù)測(cè)值； 步驟三、運(yùn)用帶指數(shù)遺忘的最小二乘方法對(duì)基于吉田函數(shù)模型的制冷機(jī)組能效比經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行系數(shù)的自適應(yīng)擬合； 步驟四，將預(yù)測(cè)時(shí)刻空調(diào)負(fù)荷作為制冷系統(tǒng)制冷量代入吉田函數(shù)模型，根據(jù)極值原理，通過吉田函數(shù)模型對(duì)冷卻水流量、冷凍水流量、冷卻水入口溫度、冷凍水出口溫度4個(gè)參數(shù)進(jìn)行偏導(dǎo)數(shù)計(jì)算，得到下一時(shí)刻制冷機(jī)組近似最優(yōu)的4個(gè)運(yùn)行參數(shù)工況點(diǎn)； 步驟五，運(yùn)用單純形方法進(jìn)行制冷機(jī)組冷卻水流量、冷凍水流量、冷卻水入口溫度、冷凍水出口溫度4個(gè)參數(shù)的最優(yōu)組合搜索； 步驟六，進(jìn)行 制冷系統(tǒng)其他運(yùn)行參數(shù)的優(yōu)化，包括制冷機(jī)組、冷卻水泵以及冷卻水泵的開啟臺(tái)數(shù)和負(fù)荷率分配； 步驟七，根據(jù)下一時(shí)刻制冷系統(tǒng)的最優(yōu)運(yùn)行參數(shù)組合，控制系統(tǒng)對(duì)各參數(shù)變量提前進(jìn)行控制，以保證待測(cè)時(shí)刻到來時(shí)，制冷系統(tǒng)處于最優(yōu)的工作狀態(tài)。
2.如權(quán)利要求1所述的地源熱泵制冷系統(tǒng)優(yōu)化控制方法，其特征在于:所述的步驟二中廣義回歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)為輸入層、模式層、求和層、輸出層。
3.如權(quán)利要求1所述的地源熱泵制冷系統(tǒng)優(yōu)化控制方法，其特征在于:所述的灰色數(shù)據(jù)融合方法的實(shí)施方法是: a)為灰度預(yù)測(cè)、廣義回歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)、最小二乘支持向量機(jī)預(yù)測(cè)這3個(gè)預(yù)測(cè)模型得到的預(yù)測(cè)時(shí)刻的空調(diào)負(fù)荷值，定義任意兩個(gè)值之間的距離如下:
4.如權(quán)利要求1所述的地源熱泵制冷系統(tǒng)優(yōu)化控制方法，其特征在于:所述的步驟六的優(yōu)化步驟為: a)、在空調(diào)總負(fù)荷一定的情況下，得到整個(gè)制冷系統(tǒng)中機(jī)組的負(fù)荷率使得所有機(jī)組總耗電量最小: b)、給定泵的耗電量隨負(fù)荷率的樣本曲線，當(dāng)總流量一定時(shí)根據(jù)其樣本特性曲線確定輸送設(shè)備的負(fù)荷分配率使得其耗電量最小: c)、制冷機(jī)組以及冷卻水泵、冷凍水泵的開啟臺(tái)數(shù)和負(fù)荷率的二次優(yōu)化方法。
【文檔編號(hào)】F24F11/02GK103912966SQ201410125301
【公開日】2014年7月9日 申請(qǐng)日期:2014年3月31日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月31日
【發(fā)明者】周傳輝, 趙亞洲 申請(qǐng)人:武漢科技大學(xué)