基于NSGA2算法的分散式以电供热系统多目标优化方法技术方案

本发明专利技术涉及一种基于NSGA2算法的分散式以电供热系统多目标优化方法，其技术特点是包括以下步骤：建立分散式以电供热系统多目标优化模型：首先计算系统在运行时各个子系统的得热量，其次计算整个系统在运行时房间所需要的得热量，然后计算整个系统运行时各个子系统的耗功量，最后确立该分散式以电供热系统的多目标目标优化函数并设定约束条件；针对上述目标函数模型，运用NSGA2算法进行优化求解，得到目标优化的Pareto优化前端。本发明专利技术设计合理，其运用NSGA2算法可以针对多目标优化模型，得到优化后的参数配置，其结果明显优于传统多目标优化以及未经优化的原始数据，满足了系统节约能源，提高能效的要求。

【技术实现步骤摘要】
基于NSGA2算法的分散式以电供热系统多目标优化方法
本专利技术属于可再生能源供热
，尤其是一种基于NSGA2算法的分散式以电供热系统多目标优化方法。
技术介绍
近年来，我国环保形势严峻，严重雾霾天气频繁发生，PM2.5浓度严重超标。经研究表明，燃煤和燃油是造成环境污染的重要因素，PM2.5中的50％～60％来自燃煤，20％～30％来自燃油。2014年4月18日，在新一届国家能源委员会首次会议上，针对我国人均资源水平低、能源结构不合理的基本国情和“软肋”，政府要求推动能源生产和消费方式变革，提高能源绿色、低碳、智能发展水平，走出一条清洁、高效、安全、可持续的能源发展之路。电能是当前全球公认最清洁、应用最广泛的能源，要根治雾霾，关键在于促改革调结构，改变以煤为主的能源结构，实施电能替代战略。在终端用能环节实施电能替代煤和油，能显著减少城市污染物排放，改善生活环境质量。在我国中部以北冬季温度偏冷的地带，众多的家庭引进了供暖设备，比如空调、电暖器、煤气、天然气、壁炉供暖等，以电供热系统示范应用在我国很多地方开始实施，以电供热是利用输入少量的高品位能源(如电能)实现由低品位热能向高品位热能转移，通过空气源热泵、太阳能、蓄热式电锅炉等一系列电能替代产品正慢慢的进入了工厂、学校、百姓家。如何对分散式以电供热系统进行多目标优化是目前迫切需要解决的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种设计合理、全面准确的基于NSGA2算法的分散式以电供热系统多目标优化方法。本专利技术解决现有的技术问题是采取以下技术方案实现的：一种基于NSGA2算法的分散式以电供热系统多目标优化方法，包括以下步骤：步骤1、建立分散式以电供热系统多目标优化模型：首先计算系统在运行时各个子系统的得热量，其次计算整个系统在运行时房间所需要的得热量，然后计算整个系统运行时各个子系统的耗功量，最后确立该分散式以电供热系统的多目标目标优化函数并设定约束条件；步骤2、针对上述目标函数模型，运用NSGA2算法进行优化求解，得到目标优化的Pareto优化前端。所述步骤1计算系统在运行时各个子系统的得热量包括：太阳能得热量、空气源热泵得热量和电锅炉得热量，其计算方法分别为：所述太阳能得热量的计算公式为：Qs＝qmsCρ水(t集出-t集进)其中：QS——太阳能系统得热量，单位W；qms——水的质量流量，单位kg/s；Cρ水——水的比热容，单位J/kg·℃；t集出——水介质在集热器出口的温度，单位℃；t集进——水介质在集热器进口的温度，单位℃；所述空气源热泵得热量的计算公式为：Qp＝qmsCρ水(t空出-t集出)其中：Qp——空气源热泵系统得热量，单位W；qms——水的质量流量，单位kg/s；Cρ水——水的比热容，单位J/kg·℃；t空出——水介质在空气源热泵出口的温度，单位℃；t集出——水介质在集热器出口的温度，单位℃；所述电锅炉得热量的计算公式为：Qg＝qmsCρ水(t供-t空出)其中：Qg——锅炉系统得热量，单位W；qms——水的质量流量，单位kg/s；Cρ水——水的比热容，单位J/kg·℃；t供——水介质给热用户的供暖温度，单位℃；t空出——水介质在空气源热泵出口的温度，单位℃；所述步骤1计算整个系统在运行时房间所需要的得热量Q房间的公式为：Q房间＝q房间Cρ空气(t供热-t环)其中：Q房间——整个房间所需热负荷，单位W；q房间——房间体积，单位m3；Cρ空气——空气的密度，单位kg/m3；t供热——房间所要求达到的供暖温度，这里按照要取18℃，单位℃；t环——环境温度，单位℃；所述步骤1计算整个系统运行时各个子系统的耗功量包括空气源热泵耗功量和电锅炉耗功量，其中：所述空气源热泵耗功量W压缩的计算公式为：其中：W压缩——空气源热泵耗电功率，单位W；Vd——压缩机理论排气量，单位m3/rev；m——多变指数；η——电机效率；Pc——冷凝压力，单位Pa；Pe——蒸发压力，单位Pa；所述电锅炉耗功量W锅炉的计算公式为：W锅炉＝ηq房间cp空气(t供热-t环)其中：W锅炉——电锅炉耗电功率，单位W；η——供热热效率；q房间——房间体积，单位m3；Cρ空气——空气的密度，单位kg/m3；t供热——房间所要求达到的供暖温度，这里按照要取18℃，单位℃；t环——环境温度，单位℃；所述分散式以电供热系统的多目标优化函数为：其中：COP——系统总的能耗比Qtotal——系统总的热量，单位W；Wtotal——系统总的耗功量，单位W；其中系统总的热量Qtotal表示为：Qtotal＝Qs+Qp+Qg其中：QS——太阳能系统得热量，单位W；Qp——空气源热泵系统得热量，单位W；Qg——锅炉系统得热量，单位W；系统的总耗功量Wtotal表示为：Wtotal＝W压缩+W锅炉其中：W压缩——压缩机耗功量，单位W；W锅炉——锅炉耗功量，单位W。所述步骤1设定约束条件为：将环境温度t环和整个系统的供热温度t供为自变量，确定t环的温度设置在-10到0℃之间，而供热温度t供控制在50到65℃之间，设置环境温度t环和整个系统的供热温度t供之和在55到60℃之间来作为约束条件。所述步骤2的具体实现方法为：在初始种群随机产生后，选择采用锦标赛法，交叉采用模拟二进制交叉，变异采用多项式变异,设置种群规模、进化代数、遗传操作参数并进行求解，所述遗传操作参数包括锦标赛规模、交叉分布系数和变异分布系数。本专利技术的优点和积极效果是：本专利技术以太阳能、空气源热泵、电锅炉为研究对象，确立分散式以电供热系统的目标函数-系统得热量、系统耗功量和系统能效比的多目标模型，并从中引出约束条件，采用NSGA2算法对多目标模型进行优化，得到优化后的参数配置，具有良好的多样性和收敛性，其结果明显优于传统多目标优化以及未经优化的原始数据，满足了系统节约能源，提高能效的要求。附图说明图1是本专利技术的分散式以电供热系统系统连接示意图；图2是太阳能、空气源热泵、电锅炉联合运行示意图；图3是分散式以电供热系统优化问题求解过程图；图4是进化代数对优化结果的影响；图5是种群规模对优化结果的影响；图6是锦标赛规模对优化结果的影响；图7是交叉分布系数对优化结果的影响；图8是变异分布系数对优化结果的影响；图9是三目标三维空间散点图；图10是三目标优化曲线图。具体实施方式以下结合附图对本专利技术实施例做进一步详述：一种基于NSGA2算法的分散式以电供热系统多目标优化方法，主要针对独立用户分散供暖系统进行分析，该分散式以电供热系统的结构如图1所示，由太阳能集热器、蓄热水箱(中间水箱、供热水箱)、电锅炉、换热器、空气源热泵、循环泵、控制阀等连接构成。下面对该系统中的设备进行说明：太阳能集热器是一种通过吸收太阳辐射并将产生的辐射能转换成热能传递给传热工质的设备；由于太阳的分散性，因此需要将其集中起来，而集热器就成为了太阳能热利用系统中最主要部分，本系统使用的是真空管集热器。空气源热泵，作为热泵中的一种，相当于方向的制冷机，它主要以大自然中无时无刻不存在的空气作为热能的主要来源，而另外一小部分则靠电能带动压缩机运转，来实现能量的转移。以少量的电能为代价，将空气中的低品位热能传递到热水中。在能量转移的过程中，根据热力学第二定律，评价设备性能的好本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于NSGA2算法的分散式以电供热系统多目标优化方法，其特征在于包括以下步骤：步骤1、建立分散式以电供热系统多目标优化模型：首先计算系统在运行时各个子系统的得热量，其次计算整个系统在运行时房间所需要的得热量，然后计算整个系统运行时各个子系统的耗功量，最后确立该分散式以电供热系统的多目标目标优化函数并设定约束条件；步骤2、针对上述目标函数模型，运用NSGA2算法进行优化求解，得到目标优化的Pareto优化前端。

【技术特征摘要】
1.一种基于NSGA2算法的分散式以电供热系统多目标优化方法，其特征在于包括以下步骤：步骤1、建立分散式以电供热系统多目标优化模型：首先计算系统在运行时各个子系统的得热量，其次计算整个系统在运行时房间所需要的得热量，然后计算整个系统运行时各个子系统的耗功量，最后确立该分散式以电供热系统的多目标目标优化函数并设定约束条件；步骤2、针对上述目标函数模型，运用NSGA2算法进行优化求解，得到目标优化的Pareto优化前端。2.根据权利要求1所述的基于NSGA2算法的分散式以电供热系统多目标优化方法，其特征在于：所述步骤1计算系统在运行时各个子系统的得热量包括：太阳能得热量、空气源热泵得热量和电锅炉得热量，其计算方法分别为：所述太阳能得热量的计算公式为：Qs＝qmsCρ水(t集出-t集进)其中：QS——太阳能系统得热量，单位W；qms——水的质量流量，单位kg/s；Cρ水——水的比热容，单位J/kg·℃；t集出——水介质在集热器出口的温度，单位℃；t集进——水介质在集热器进口的温度，单位℃；所述空气源热泵得热量的计算公式为：Qp＝qmsCρ水(t空出-t集出)其中：Qp——空气源热泵系统得热量，单位W；qms——水的质量流量，单位kg/s；Cρ水——水的比热容，单位J/kg·℃；t空出——水介质在空气源热泵出口的温度，单位℃；t集出——水介质在集热器出口的温度，单位℃；所述电锅炉得热量的计算公式为：Qg＝qmsCρ水(t供-t空出)其中：Qg——锅炉系统得热量，单位W；qms——水的质量流量，单位kg/s；Cρ水——水的比热容，单位J/kg·℃；t供——水介质给热用户的供暖温度，单位℃；t空出——水介质在空气源热泵出口的温度，单位℃；所述步骤1计算整个系统在运行时房间所需要的得热量Q房间的公式为：Q房间＝q房间Cρ空气(t供热-t环)其中：Q房间——整个房间所需热负荷，单位W；q房间——房间体积，单位m3；Cρ空气——空气的密度，单位kg/m3；t供热——房间所要求达到的供暖温度，这里按照要取18℃，单位℃；t环——环境温度...

【专利技术属性】
技术研发人员：于波，韩慎朝，杨延春，吴亮，陈百霞，张超，隋淑慧，陈彬，郭晓丹，孙学文，刘裕德，卢欣，马崇，于蓬勃，石枫，袁新润，张剑，杨国朝，罗朝辉，
申请(专利权)人：国网天津市电力公司，国家电网公司，国网天津节能服务有限公司，
类型：发明
国别省市：天津,12