本發(fā)明屬于數(shù)字化建模，具體涉及一種應(yīng)用于地源熱泵能效優(yōu)化的動(dòng)態(tài)數(shù)字孿生建模方法。

背景技術(shù)：

1、地源熱泵系統(tǒng)作為一種高效的供暖和制冷技術(shù)，因其能夠利用地下土壤或地下水的相對(duì)穩(wěn)定溫度來提高熱泵的工作效率而受到廣泛關(guān)注。然而，這些系統(tǒng)的能效受到多種因素的影響，包括地質(zhì)條件、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、運(yùn)行參數(shù)和環(huán)境變量等。傳統(tǒng)的地源熱泵系統(tǒng)設(shè)計(jì)和優(yōu)化方法往往依賴于經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)和靜態(tài)模擬，這些方法在處理復(fù)雜和動(dòng)態(tài)變化的環(huán)境條件時(shí)存在局限性。隨著物聯(lián)網(wǎng)(internet?of?things,iot)、大數(shù)據(jù)和人工智能(artificialintelligence，ai)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字孿生技術(shù)為地源熱泵系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控、故障預(yù)測(cè)和性能優(yōu)化提供了新的可能性。

2、類似的現(xiàn)有技術(shù)有公開號(hào)為cn114757088a的中國(guó)專利申請(qǐng)，提供一種基于數(shù)字孿生的能源設(shè)備監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及方法。系統(tǒng)包括：基礎(chǔ)物理單元，獲取被監(jiān)測(cè)能源設(shè)備的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)處理單元，對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行算法分析，得到被監(jiān)測(cè)能源設(shè)備的狀態(tài)數(shù)據(jù)，將狀態(tài)數(shù)據(jù)輸出至機(jī)理映射單元；機(jī)理映射單元，對(duì)狀態(tài)數(shù)據(jù)，通過機(jī)器學(xué)習(xí)，構(gòu)建最小監(jiān)測(cè)環(huán)境模型；技術(shù)表現(xiàn)單元，根據(jù)最小監(jiān)測(cè)環(huán)境模型，通過三維仿真技術(shù)，得到被監(jiān)測(cè)能源設(shè)備三維模型；應(yīng)用交互單元，根據(jù)用戶基于三維模型作出的指令，指示調(diào)取監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和/或更新狀態(tài)數(shù)據(jù)。該說明書實(shí)施例利用數(shù)字孿生技術(shù)，將能源設(shè)備的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)加載在三維模型上展示。用戶可以根據(jù)三維模型展示信息對(duì)被監(jiān)測(cè)能源設(shè)備進(jìn)行指示。還有公開號(hào)為cn113312773a的中國(guó)專利申請(qǐng)，公開了一種地源熱泵設(shè)備的能效精細(xì)化方法，屬于地源熱泵技術(shù)領(lǐng)域。包括以下步驟：獲取地源熱泵設(shè)備數(shù)據(jù)，采集地源熱泵設(shè)備數(shù)據(jù)中的自變量和因變量構(gòu)建地源熱泵數(shù)學(xué)模型；采用bp神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)方法確定地源熱泵數(shù)學(xué)模型的能效值；采用限幅遞推平均濾波方法對(duì)能效值進(jìn)行降噪生成預(yù)測(cè)能效值。與現(xiàn)有技術(shù)相比，該申請(qǐng)的一種地源熱泵設(shè)備的能效精細(xì)化方法首先建立數(shù)學(xué)模型，然后使用bp神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型預(yù)測(cè)地源熱泵設(shè)備能效值，對(duì)預(yù)測(cè)值采用限幅遞推平均濾波方法進(jìn)行降噪，從而得到滿足精度要求的地源熱泵設(shè)備能效值。

3、然而，上述現(xiàn)有技術(shù)中，僅通過三維仿真技術(shù)，得到被監(jiān)測(cè)能源設(shè)備三維模型，未對(duì)能源設(shè)備的能效進(jìn)行優(yōu)化分析。僅通過構(gòu)建地源熱泵數(shù)學(xué)模型得到滿足精度要求的地源熱泵設(shè)備能效值，未對(duì)地源熱泵設(shè)備進(jìn)行調(diào)控以實(shí)現(xiàn)能效優(yōu)化。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為解決上述問題，本發(fā)明提供了一種應(yīng)用于地源熱泵能效優(yōu)化的動(dòng)態(tài)數(shù)字孿生建模方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)中的問題。

2、為了達(dá)到上述的發(fā)明目的，本發(fā)明提出一種應(yīng)用于地源熱泵能效優(yōu)化的動(dòng)態(tài)數(shù)字孿生建模方法，包括：

3、s1：獲取安裝在目標(biāo)區(qū)域的地源熱泵設(shè)備的cad圖紙，基于所述cad圖紙構(gòu)建地源熱泵仿真模型；

4、s2：基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)接收所述地源熱泵設(shè)備對(duì)應(yīng)的實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)和設(shè)備狀態(tài)參數(shù)、以及所述目標(biāo)區(qū)域?qū)?yīng)的環(huán)境數(shù)據(jù)，對(duì)所述環(huán)境數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理，生成標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境數(shù)據(jù)，基于所述實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)所述地源熱泵仿真模型，以生成數(shù)字孿生模型；

5、s3：基于所述實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)所述數(shù)字孿生模型的模型運(yùn)行指數(shù)，若所述模型運(yùn)行指數(shù)小于第一預(yù)設(shè)值，則重新擴(kuò)展所述實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)，以生成實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，并基于所述實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)更新所述數(shù)字孿生模型，生成動(dòng)態(tài)數(shù)字孿生模型，重復(fù)執(zhí)行此步驟，至所述動(dòng)態(tài)數(shù)字孿生模型對(duì)應(yīng)的模型運(yùn)行指數(shù)大于等于所述第一預(yù)設(shè)值；

6、s4：所述動(dòng)態(tài)數(shù)字孿生模型基于所述標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境數(shù)據(jù)對(duì)所述實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析預(yù)測(cè)，并輸出所述地源熱泵設(shè)備的性能預(yù)測(cè)結(jié)果，設(shè)置多目標(biāo)優(yōu)化算法，所述多目標(biāo)優(yōu)化算法基于所述性能預(yù)測(cè)結(jié)果動(dòng)態(tài)調(diào)整所述設(shè)備狀態(tài)參數(shù)，完成所述地源熱泵設(shè)備的能效優(yōu)化。

7、進(jìn)一步地，所述基于所述cad圖紙構(gòu)建地源熱泵仿真模型包括以下步驟：

8、基于所述cad圖紙構(gòu)建組件信息庫，所述組件信息庫包括所有組件的組件類型、組件坐標(biāo)和組件形狀，基于所述組件類型分別獲取所述組件信息庫中任意兩個(gè)組件之間的運(yùn)行關(guān)聯(lián)性和任一組件的運(yùn)行優(yōu)先級(jí)，將任一所述組件設(shè)定為節(jié)點(diǎn)，基于所述運(yùn)行關(guān)聯(lián)性和所述運(yùn)行優(yōu)先級(jí)生成任意兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的連接線，依次組合所有節(jié)點(diǎn)和所述連接線，生成節(jié)點(diǎn)關(guān)聯(lián)圖；

9、將所有組件基于所述節(jié)點(diǎn)關(guān)聯(lián)圖和所述cad圖紙使用仿真器進(jìn)行融合模擬，生成所述地源熱泵仿真模型。

10、進(jìn)一步地，所述基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)接收所述地源熱泵設(shè)備對(duì)應(yīng)的實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)和設(shè)備狀態(tài)參數(shù)、以及所述目標(biāo)區(qū)域?qū)?yīng)的環(huán)境數(shù)據(jù)包括以下步驟：

11、基于所述節(jié)點(diǎn)關(guān)聯(lián)圖分別在所述地源熱泵設(shè)備和所述目標(biāo)區(qū)域中設(shè)置多個(gè)傳感器，為每個(gè)傳感器設(shè)置數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元和設(shè)備調(diào)節(jié)單元，獲取所述傳感器的采集方式，基于所述采集方式將傳感數(shù)據(jù)存儲(chǔ)至對(duì)應(yīng)的存儲(chǔ)單元中；

12、隨機(jī)抽取多個(gè)傳感器并設(shè)定為傳感器組，獲取所述傳感器組對(duì)應(yīng)的傳感數(shù)據(jù)，若任一傳感數(shù)據(jù)發(fā)生數(shù)據(jù)變化，則向所述傳感器組對(duì)應(yīng)的存儲(chǔ)單元均發(fā)送數(shù)據(jù)請(qǐng)求；

13、所述存儲(chǔ)單元接收所述數(shù)據(jù)請(qǐng)求后，基于時(shí)間特征將所述傳感器組對(duì)應(yīng)的傳感數(shù)據(jù)劃分為多個(gè)數(shù)據(jù)組，并依次將所有所述數(shù)據(jù)組傳輸至所述地源熱泵仿真模型，其中，將屬于所述目標(biāo)區(qū)域的數(shù)據(jù)組設(shè)定為所述環(huán)境數(shù)據(jù)，將屬于所述地源熱泵設(shè)備的數(shù)據(jù)組設(shè)定為所述實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)，基于所述節(jié)點(diǎn)關(guān)聯(lián)圖獲取與任一所述組件對(duì)應(yīng)的傳感器，設(shè)定為組件傳感器，并將所述組件傳感器的所述設(shè)備調(diào)節(jié)單元包含的信息設(shè)定為所述設(shè)備狀態(tài)參數(shù)。

14、進(jìn)一步地，所述生成數(shù)字孿生模型包括以下步驟：

15、將所述實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)集成傳輸至所述地源熱泵仿真模型中，并基于預(yù)設(shè)時(shí)間間隔使用所述實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)對(duì)所述地源熱泵仿真模型進(jìn)行校準(zhǔn)，至所述地源熱泵仿真模型的置信度大于等于第二預(yù)設(shè)值，將校準(zhǔn)后的所述地源熱泵仿真模型設(shè)定為所述數(shù)字孿生模型。

16、進(jìn)一步地，所述基于所述實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)所述數(shù)字孿生模型的模型運(yùn)行指數(shù)包括以下步驟：

17、對(duì)所述組件信息庫中所有組件基于對(duì)應(yīng)的組件類型進(jìn)行重要等級(jí)標(biāo)記，生成重要性列表，獲取所有所述實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的組件類型，并設(shè)定為第一設(shè)備組，基于所述重要性列表將所述第一設(shè)備組對(duì)應(yīng)的重要等級(jí)進(jìn)行累加生成第一數(shù)值，檢驗(yàn)所述實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度，并基于所述準(zhǔn)確度計(jì)算所有所述實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度均值，將所述準(zhǔn)確度均值與所述第一數(shù)值的乘積設(shè)定為所述模型運(yùn)行指數(shù)。

18、進(jìn)一步地，所述生成實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)包括以下步驟：

19、在所述重要性列表中抽取所述重要等級(jí)大于等于第三預(yù)設(shè)值的組件，并設(shè)定為第二設(shè)備組，組合所述第一設(shè)備組和所述第二設(shè)備組，并設(shè)定為第三設(shè)備組，基于所述組件坐標(biāo)計(jì)算所述第三設(shè)備組中任意兩個(gè)組件之間的坐標(biāo)距離，并將所述坐標(biāo)距離小于第四預(yù)設(shè)值的組件設(shè)定為待選設(shè)備組；

20、將所述待選設(shè)備組中所述組件類型相同且所述運(yùn)行優(yōu)先級(jí)較低的組件進(jìn)行剔除，將所述第三設(shè)備組中剩余組件對(duì)應(yīng)的實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)設(shè)定為所述實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。

21、進(jìn)一步地，所述輸出所述地源熱泵設(shè)備的性能預(yù)測(cè)結(jié)果包括以下步驟：

22、分別獲取所述標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的環(huán)境標(biāo)簽和所述實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的組件標(biāo)簽，基于預(yù)設(shè)時(shí)間周期收集所述標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境數(shù)據(jù)和所述實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，并設(shè)定為第一類歷史數(shù)據(jù)和第二類歷史數(shù)據(jù)；

23、構(gòu)建神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型和數(shù)學(xué)分析模型，將所述第一類歷史數(shù)據(jù)輸入所述神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型中進(jìn)行學(xué)習(xí)訓(xùn)練，并輸出預(yù)測(cè)時(shí)間內(nèi)所述環(huán)境標(biāo)簽對(duì)應(yīng)的環(huán)境預(yù)測(cè)結(jié)果，組合所有環(huán)境預(yù)測(cè)結(jié)果并設(shè)定為第一類預(yù)測(cè)結(jié)果；

24、所述數(shù)學(xué)分析模型基于特征選擇算法在所述第一類歷史數(shù)據(jù)和所述第二類歷史數(shù)據(jù)中提取預(yù)設(shè)的性能影響因子對(duì)應(yīng)的關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)，其中，所述性能影響因子包括地下水變量、輸出熱量和輸入功率；

25、基于第一公式計(jì)算所述地源熱泵設(shè)備在第i個(gè)時(shí)間點(diǎn)的性能系數(shù)ci，所述第一公式為：其中，qi為所述輸出熱量對(duì)應(yīng)的第i個(gè)時(shí)間點(diǎn)的關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)，pin為所述輸入功率對(duì)應(yīng)的第i個(gè)時(shí)間點(diǎn)的關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)，基于所述預(yù)設(shè)周期匯總所有性能系數(shù)，生成性能序列，獲取所述地下水變量對(duì)應(yīng)的關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)與所述性能序列之間的響應(yīng)系數(shù)；

26、基于所述環(huán)境標(biāo)簽在所述第一類預(yù)測(cè)結(jié)果中抽取所述地下水變量對(duì)應(yīng)的變量預(yù)測(cè)結(jié)果，基于所述響應(yīng)系數(shù)和所述變量預(yù)測(cè)結(jié)果生成所述性能序列在所述預(yù)測(cè)時(shí)間內(nèi)的數(shù)值結(jié)果，并將所述數(shù)值結(jié)果設(shè)定為所述性能預(yù)測(cè)結(jié)果。

27、進(jìn)一步地，所述多目標(biāo)優(yōu)化算法基于所述性能預(yù)測(cè)結(jié)果動(dòng)態(tài)調(diào)整所述設(shè)備狀態(tài)參數(shù)包括以下步驟：

28、若在預(yù)測(cè)時(shí)間內(nèi)所述性能預(yù)測(cè)結(jié)果均小于第五預(yù)設(shè)值，則基于所述性能預(yù)測(cè)結(jié)果設(shè)定目標(biāo)變量，基于所述目標(biāo)變量和所述多目標(biāo)優(yōu)化算法構(gòu)建優(yōu)化模型，并將所述實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和所述標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境數(shù)據(jù)輸入所述優(yōu)化模型中，調(diào)整所述設(shè)備狀態(tài)參數(shù)，生成新的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，重復(fù)此步驟，至所述性能預(yù)測(cè)結(jié)果均大于等于所述第五預(yù)設(shè)值。

29、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果至少如下所述：

30、本發(fā)明首先通過cad圖紙和節(jié)點(diǎn)關(guān)聯(lián)圖進(jìn)行仿真模擬生成地源熱泵仿真模型，可以準(zhǔn)確建立地源熱泵設(shè)備包含的各種組件的三維模型，然后通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)集成傳輸至地源熱泵仿真模型中，生成數(shù)字孿生模型，并通過模型運(yùn)行指數(shù)擴(kuò)展實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)，生成動(dòng)態(tài)數(shù)字孿生模型，可以提高動(dòng)態(tài)數(shù)字孿生模型的精準(zhǔn)度和實(shí)用性。

31、本發(fā)明還通過設(shè)置目標(biāo)優(yōu)化算法構(gòu)建優(yōu)化模型，使用動(dòng)態(tài)數(shù)字孿生模型對(duì)地源熱泵設(shè)備的性能系數(shù)進(jìn)行預(yù)測(cè)分析，可以提高地源熱泵設(shè)備的能效優(yōu)化效果。