基于GA的一次泵变流量系统运行参数优化方法技术方案

本发明专利技术公开一种基于GA的一次泵变流量系统运行参数优化方法，包括如下步骤：(1)建立一次泵变流量水系统优化运行的数学模型；(2)以步骤(1)中的目标函数作为GA遗传算法的表现型形式，进行编码，以约束条件作为GA遗传算法的适应度函数，经过选择、交叉、变异运算后得到后代群体，输出进化过程中所得到的具有最大适应度的个体作为优化后的一次泵变流量系统运行参数。本发明专利技术在满足舒适性和节能性的基础上建立一次泵变流量水系统优化运行的数学模型，根据优化模型的特点，通过编制基于GA的优化程序进行求解，确定一次泵变流量水系统优化运行的参数设定值，从而为空调系统在部分负荷下节能运行及提高空调系统的运行效率提供科学依据。

【技术实现步骤摘要】
基于GA的一次泵变流量系统运行参数优化方法
本专利技术涉及智能建筑暖通空调领域，特别涉及中央空调中一次泵变流量系统运行参数优化方法。
技术介绍
建筑能耗在社会总能耗中占有很大的比重，而空调能耗又是建筑能耗中的大户。目前大多数一次泵系统为定流量系统，运行时流经制冷机组的水流量不能跟随负荷的变化而改变，水泵始终按照设计流量全速运行。而空调系统在实际运行中，95％的时间内是处于部分负荷工况下的，因此水泵容量往往大于实际需要，空调系统的运行费用高居不下。因此降低空调水系统的输配电耗，对于降低空调系统的全年运行能耗具有重要意义。
技术实现思路
专利技术目的：本专利技术目的在于针对现有技术的不足，结合一次泵变流量系统的工作原理，在满足舒适性和节能性的基础上建立一次泵变流量水系统优化运行的数学模型，根据优化模型的特点，通过编制基于GA的优化程序进行求解，确定一次泵变流量水系统优化运行的参数设定值，从而为空调系统在部分负荷下节能运行及提高空调系统的运行效率提供科学依据。技术方案：本专利技术所述基于GA的一次泵变流量系统运行参数优化方法，包括如下步骤：(1)建立一次泵变流量水系统优化运行的数学模型，设W(x)为目标函数，一次泵变流量水系统优化运行的数学表述为：其中，W为水系统运行的总能耗；S为水系统各部分能耗模型的约束条件；(2)以步骤(1)中的目标函数W(x)作为GA遗传算法的表现型形式，进行编码，以约束条件S作为GA遗传算法的适应度函数，随机设定N个初始点建立初始群体P(0)，设定进化代数t，经过选择、交叉、变异运算后得到后代群体P(t+1)，输出进化过程中所得到的具有最大适应度的个体作为优化后的一次泵变流量系统运行参数。本专利技术进一步优选地技术方案为，所述一次泵变流量系统包括制冷剂循环系统、蒸发器侧水系统和冷凝器侧水系统，设制冷剂循环系统、蒸发器侧水系统和冷凝器侧水系统的能耗模型为W1、W2和W3，目标函数W(x)与个子模型的数字表述为：其中，W1(i,x)为第i台制冷机组的实时运行能耗；W2(i,x)为第i台冷冻水泵的实时运行能耗；W3(i,x)为第i台冷却水泵的实时运行能耗；n1,n2,n3分别为制冷机组、冷冻水泵、冷却水泵的实时运行台数，n1＝n2＝n3。优选地，作为适应度函数的约束条件S包括等式约束和不等式约束，空调系统运行过程中所能完成的制冷量必须满足末端用冷负荷需求，即：Qe＝mecp(te.in-te.out)Qc＝mccp(tc.out-tc.in)，忽略机组壳体对周围空气的散热，结合热力学第一定律，可得等式约束为：Qc＝Qe+W1；其中Qe为制冷机组制冷量；me为冷冻水流量；te.in为冷冻水进水温度；te.out为冷冻水出水温度；Qc为冷负荷；mc为冷却水流量；tc.in为冷却水进水温度；tc.out为冷却水出水温度。优选地，不等式约束为：Qe.min≤Qe≤Qe.maxte.in.min≤te.in≤te.in.maxtc.in.min≤tc.in≤tc.in.maxtc.out.min≤tc.out≤tc.out.maxme.min≤me≤me.maxmc.in≤mc≤mc.max0<te.in-te.out<△te0<tc.out-tc.in<△tc，其中，Qe.max、Qe.min为制冷机组制冷量的上下限；te.in.max、te.in.min为冷冻水进水温度的上下限；tc.in.max、tc.in.min为冷却水进水温度的上下限；tc.out.max、tc.out.min为冷却水出水温度的上下限；me.max、me.min为冷冻水流量的上下限；mc.max、mc.in为冷却水流量的上下限；△tc为冷却水进出水温差允许的最大值；△te为冷冻水进出水温差允许的最大值。优选地，步骤(2)的具体算法为：a、编码：GA在进行搜索之前先将目标函数W(x)表示成遗传空间的基因型串结构数据；b、初始种群的生成：随机产生N个初始串结构数据，每个串结构数据称为一个个体，N个个体构成了一个群体，GA以这N个串结构作为初始点开始迭代；设置进化代数计算器t，设置最大进化代数T，随机生成N个个体作为初始群体P(0)；c、适应度值评价检测：根据约束条件建立算法的适应度函数，计算种群P(t)中各个个体的适应度值；d、选择：根据各个个体的适应度值，从上一代群体中选择出优良的个体遗传到下一代群体中；e、交叉：将群体内的各个个体随机搭配成对，通过交叉操作可以得到新一代个体；f、变异：在群体中随机选择一个个体，对于选中的个体以一定的概率随机改变串结构数据中某个串的值；或对群体中的每一个个体，以某一概率改变某一个或某一些基因座上的基因值为其它的等位基因；g、群体P(t)经过选择、交叉、变异运算后得到下一代群体P(t+1)，终止条件判断：若t≤T，则t→t+1，转到步骤c；若t>T，则以进化过程中所得到的具有最大适应度的个体作为最优解输出，终止运算。有益效果：本专利技术根据系统优化理论及优化步骤，结合一次泵变流量系统的工作原理，在满足舒适性和节能性的基础上建立一次泵变流量水系统优化运行的数学模型，给出模型的具体表达式、模型中各参数的辨识方法并进行模型验证。选取冷冻水流量和冷却水流量作为优化控制变量，通过基于优化程序来获得目标函数极值下控制变量的最优解，从而可用于一次泵变流量系统的优化控制以达到节能运行的目的。根据优化模型的特点，通过编制基于GA的优化程序进行求解。利用本专利技术所提出的优化方法可以确定一次泵变流量水系统优化运行的参数设定值，从而为空调系统在部分负荷下节能运行及提高空调系统的运行效率提供科学依据。当空调负荷减小时，使通过制冷机组蒸发器侧和冷凝器侧的水流量也能随空调负荷的降低而减少，从而减小水泵功耗，以达到减少水系统运行能耗的目的。附图说明图1为本专利技术中GA遗传算法的流程图；图2为一次泵变流量系统工作原理图。具体实施方式下面通过附图对本专利技术技术方案进行详细说明，但是本专利技术的保护范围不局限于所述实施例。实施例：一种基于GA的一次泵变流量系统运行参数优化方法，一次泵变流量系统包括三个子系统：制冷剂循环系统，蒸发器侧水系统和冷凝器侧水系统。制冷剂循环系统：主要是由压缩机、蒸发器、冷凝器和膨胀阀等四大部件组成。其中压缩机是最主要的部件，是热传导的源动力；蒸发器和冷凝器是制冷机组吸热和放热的部件；膨胀阀则是制冷机组的控制部件，它决定了系统的蒸发压力和冷凝压力。蒸发器侧水系统：主要由制冷机组的蒸发器和冷冻水泵组成。系统中的冷冻水经冷冻水泵送至制冷机组的蒸发器，在蒸发器中与低温低压的液态制冷剂进行热交换，放出热量，温度降低，然后将冷量输送到各个末端空调用户，经热交换后流回蒸发器。冷凝器侧水系统：主要由制冷机组的冷凝器和冷却水泵组成。自然界中的水源或者循环水经冷却水泵送至制冷机组的冷凝器，在冷凝器中与高温高压的气态制冷剂进行热交换，吸收热量，温度升高，然后流回自然界的水体中或者流经散热设备将多余热量散去后重新返回冷凝器。一次泵变流量系统中，用户侧和冷源侧的流量变化可能是不一致的，而流量变化的不一致也导致了两侧的温差也不一致。由于流量或者温差不一致性是由表冷器和制冷机组的换热特性所决定的，不能随着控制方式的不同而改变，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于GA的一次泵变流量系统运行参数优化方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)建立一次泵变流量水系统优化运行的数学模型，设W(x)为目标函数，一次泵变流量水系统优化运行的数学表述为：

【技术特征摘要】
1.基于GA的一次泵变流量系统运行参数优化方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)建立一次泵变流量水系统优化运行的数学模型，设W(x)为目标函数，一次泵变流量水系统优化运行的数学表述为：其中，W为水系统运行的总能耗；S为水系统各部分能耗模型的约束条件；(2)以步骤(1)中的目标函数W(x)作为GA遗传算法的表现型形式，进行编码，以约束条件S作为GA遗传算法的适应度函数，随机设定N个初始点建立初始群体P(0)，设定进化代数t，经过选择、交叉、变异运算后得到后代群体P(t+1)，输出进化过程中所得到的具有最大适应度的个体作为优化后的一次泵变流量系统运行参数。2.根据权利要求1所述的基于GA的一次泵变流量系统运行参数优化方法，其特征在于，所述一次泵变流量系统包括制冷剂循环系统、蒸发器侧水系统和冷凝器侧水系统，设制冷剂循环系统、蒸发器侧水系统和冷凝器侧水系统的能耗模型为W1、W2和W3，目标函数W(x)与个子模型的数字表述为：其中，W1(i,x)为第i台制冷机组的实时运行能耗；W2(i,x)为第i台冷冻水泵的实时运行能耗；W3(i,x)为第i台冷却水泵的实时运行能耗；n1,n2,n3分别为制冷机组、冷冻水泵、冷却水泵的实时运行台数，n1＝n2＝n3。3.根据权利要求2所述的基于GA的一次泵变流量系统运行参数优化方法，其特征在于，作为适应度函数的约束条件S包括等式约束和不等式约束，空调系统运行过程中所能完成的制冷量必须满足末端用冷负荷需求，即：Qe＝mecp(te.in-te.out)Qc＝mccp(tc.out-tc.in)，忽略机组壳体对周围空气的散热，结合热力学第一定律，可得等式约束为：Qc＝Qe+W1；其中Qe为制冷机组制冷量；me为冷冻水流量；te.in为冷冻水进水温度；te.out为冷冻水出水温度；Qc为冷负荷；mc为冷却水流量；tc.in为冷却水进水温度；tc.out为冷却水出水温度。4.根据权利要求3所述的基于GA的一次泵变流量系统运行参数优化方法，其特征在于，不等式约束为：Qe.min≤Qe≤Qe.maxte.in.min≤...

【专利技术属性】
技术研发人员：叶嵩，李红英，黄海，杜然，张权，陈于峰，程建军，沈兴东，
申请(专利权)人：中建八局第三建设有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32