一种群智能中央空调并联水泵节能优化方法技术

本发明专利技术公开了一种群智能中央空调并联水泵节能优化方法，首先进行初始化操作，并计算维持压差时的末端流量；并联水泵中的每一个水泵分别连接一个控制器，所有控制器形成群智能网络，当采集到的相应水泵当前的压差测量值与压差设定值的偏差绝对值超出了预设压差偏差阈值时，控制器发起任务进行调节，然后，依概率选择水泵转速比并与邻居水泵进行信息交互，最后，计算适应度值，更新概率矩阵得到水泵开启状态和开启水泵转速比，各个控制器根据参数控制水泵达到相应运行状态实现节能优化。本发明专利技术能够在局部交互信息的基础上，使用概率描述解在空间分布，从而求得全局最优，符合工程现场实际组态，减少施工周期，可扩展性、节能性和通用性较强。

An Energy-saving Optimization Method for Parallel Pumps in Group Intelligent Central Air Conditioning System

【技术实现步骤摘要】
一种群智能中央空调并联水泵节能优化方法
本专利技术属于建筑节能和优化
，具体涉及一种群智能中央空调并联水泵节能优化方法。
技术介绍
在中央空调冷冻水系统中，通常使用多台变频水泵并联，通过调节水泵的启停状态和水泵的转速来满足系统末端的需求。目前对于并联水泵的优化算法多为基于集中式架构开发的算法，扩展性和通用性不足。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种群智能中央空调并联水泵节能优化方法，将方法能够应用到每个智能水泵中，当达到触发条件时，运行算法，得到水泵开启台数和开启水泵的转速比，其具有节能效果佳、扩展性和通用性好等特点。本专利技术采用以下技术方案：一种群智能中央空调并联水泵节能优化方法，首先进行初始化操作，并计算维持压差时的末端流量；并联水泵中的每一个水泵分别连接一个控制器，所有控制器形成群智能网络，当采集到的相应水泵当前的压差测量值与压差设定值的偏差绝对值超出了预设压差偏差阈值时，控制器发起任务进行调节，然后，依概率选择水泵转速比并与邻居水泵进行信息交互，最后，计算适应度值，更新概率矩阵得到水泵开启状态和开启水泵转速比，各个控制器根据参数控制水泵达到相应运行状态实现节能优化。具体的，初始化参数，确定概率决策矩阵Pi＝{1/n,1/n,...,1/n}，n为决策空间大小，每台水泵均生成种群，每个种群产生若干节点，将水泵转速取值范围S离散为水泵转速运行策略集Si＝{s1,s2,...,sx}，x为转速取值个数。具体的，所有节点根据水泵前后压差、水泵的特性曲线和水管网特性方程，计算出维持设定压差时末端需求流量Qs，水泵特性曲线为：η＝jQ2+kQ+lH＝aQ2+bQ+c其中，η为水泵效率，H为扬程，Q为流量，a,b,c,j,k,l为水泵性能参数；水管网特性方程为：H0＝F·Q02Hset＝F·∑(Qi)2＝F·Qs2其中，H0为水泵两端压差，Hset为压差设定值，F为管网阻力，Q0为检测时水泵流量。具体的，所有节点依据自己的决策概率矩阵选择转速比，并且计算在给定压差时，对应的能耗和流量；压差为水泵的进口和出口之间的压差值或者末端系统的某个支路的压差值或者分集水器之间的压差值，任意节点将自己决策的转速比所对应的流量信息发送邻居水泵；计算出流量需求与所有水泵提供流量差值。具体的，计算每个节点的适应度值，依据各个node适应度值进行排序，然后根据排序结果选取适应度值最小的m个，统计出策略集S中每个si对应的node数量Nu(i)。进一步的，适应度值计算如下：其中，Wi(Qi)通过第i个智能水泵控制器与相邻水泵控制器通信获得,是惩罚函数，θ为惩罚系数。更进一步的，惩罚系数θ计算如下：其中，θ0为初始值，t为迭代次数，α为高斯函数扩展常数。具体的，计算更新决策概率矩阵Pi；若矩阵值MaxPi＞0.96，则结束迭代，若不满足，则重新选择水泵转速比。进一步的，更新决策概率矩阵Pi为：其中，pl(x)为概率向量，为根据适应度值选择的优势个体，δj为当该节点中个体为优势个体时取1，Nu为根据适应度值选择的优势个体总数。具体的，并联水泵中的每一台水泵均能够发起调节任务，其余水泵控制器配合调节任务完成系统运算。与现有技术相比，本专利技术至少具有以下有益效果：本专利技术一种群智能中央空调并联水泵节能优化方法，无需将方法下载到集中控制器中，而是下载到每一个智能水泵，各水泵通过与邻居交互流量差等信息完成水泵优化。能够适应现场组态控制，且方法通用性和扩展性提高。进一步的，对水泵运行的可行策略空间离散化能够保证算法实时性。进一步的，可根据水泵的流量-扬程和流量-效率模型给出并联水泵在任意转速下的模型，进而将并联冷冻水泵优化问题可以描述为寻找满足系统所需流量时对应能耗最小运行水泵转速组合。进一步的，调节过程是一个无中心的系统，各水泵为链式连接关系，实现仅通过局部信息交互获得全局优化的功能。进一步的，适应度值函数表明对于每个智能水泵在其可运行策略空间中通过确定一组最优转速，在满足末端流量需求的情况下，使得并联冷冻水泵运行能耗最小。惩罚函数为高斯函数，服从正态分布，可以提高算法的全局搜索能力。进一步的，通过改变个体在解空间的概率分布，使适应值高的个体分布概率变大，适应值低的个体分布概率变小，如此反复进化，最终将产生问题的最优解。进一步的，任何水泵均可发起调节任务能够有效降低负载，使得反应和调节更加迅速。综上所述，本专利技术提出的分布式优化方法能够在局部交互信息的基础上，使用概率描述解在空间分布，从而求得全局最优，该方法能够符合工程现场实际组态，减少施工周期，可扩展性、节能性和通用性较强。下面通过附图和实施例，对本专利技术的技术方案做进一步的详细描述。附图说明图1为本专利技术中央空调冷冻水系统中并联水泵的群智能控制系统示意图；图2为本专利技术提出的分布式方法与传统集中式方法比较示意图；图3为本专利技术优化方法流程图；图4为工作压头为40m时，同型号水泵开启不同台数效率曲线图；图5为分布式方法下同型号水泵系统中1#水泵迭代过程；图6为分布式方法下同型号水泵系统中2#水泵迭代过程；图7为分布式方法下同型号水泵系统中3#水泵迭代过程；图8为分布式方法下同型号水泵系统中4#水泵迭代过程；图9为集中式方法下同型号水泵系统中1#水泵迭代过程；图10为集中式方法下同型号水泵系统中2#水泵迭代过程；图11为集中式方法下同型号水泵系统中3#水泵迭代过程；图12为集中式方法下同型号水泵系统中4#水泵迭代过程。具体实施方式本专利技术提供了一种群智能中央空调并联水泵节能优化方法，首先进行初始化操作，并计算维持压差时的末端流量；然后，依概率选择水泵转速比并与邻居水泵进行信息交互，最后，计算适应度值并对其进行相关操作后，更新概率矩阵，得到水泵开启状态和开启水泵转速比，本专利技术为分布式优化方法，无需集中控制器，各水泵只通过与邻居交换信息来实现水泵的优化，能够帮助解决现场组态工作困难问题，具有更强通用性和拓展性。请参阅图1和图2，传统的中央控制器被智能单元CPN代替，智能单元CPN被嵌入每一台设备中形成一个智能水泵，每个智能水泵与邻居水泵建立链式连接关系；干管上流量计和水泵工作压差传感器通过有线或无线的方式与其中一个智能水泵相连，每个智能水泵与邻接的水泵相互通信协作，共同完成控制任务。本专利技术区别于传统集中式方法，采用分布式的优化方法，每个泵随机产生种群，通过与相邻泵的信息交互来获取信息，每次概率更新后，智能泵只覆盖自己的变量。并联水泵中的每一个水泵分别与一个控制器相连接，所有控制器形成一个群智能网络；优化方法被下载到每个控制器中，水泵控制器判断达到触发条件时，发起任务进行调节；若系统中没有发起调节任务的水泵控制器，则保持水泵运行参数不变。发起调节任务的控制器开始与相邻水泵控制器进行信息交互；多次信息交互后达到收敛条件，确定各水泵的参数，各个控制器根据参数控制水泵达到相应运行状态。其中，每一台水泵均可以发起调节任务，其余水泵控制器配合调节任务完成系统运算。触发条件为：由控制器采集到的相应水泵当前的压差测量值与压差设定值的偏差绝对值超出了预设压差偏差阈值。群智能水泵系统是一种无中心的系统。控制器与水泵合称为智能水泵。智能水泵系统中各水泵之间是链式连接。冷冻水系统为中本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种群智能中央空调并联水泵节能优化方法，其特征在于，首先进行初始化操作，并计算维持压差时的末端流量；并联水泵中的每一个水泵分别连接一个控制器，所有控制器形成群智能网络，当采集到的相应水泵当前的压差测量值与压差设定值的偏差绝对值超出了预设压差偏差阈值时，控制器发起任务进行调节，然后，依概率选择水泵转速比并与邻居水泵进行信息交互，最后，计算适应度值，更新概率矩阵得到水泵开启状态和开启水泵转速比，各个控制器根据参数控制水泵达到相应运行状态实现节能优化。

【技术特征摘要】
1.一种群智能中央空调并联水泵节能优化方法，其特征在于，首先进行初始化操作，并计算维持压差时的末端流量；并联水泵中的每一个水泵分别连接一个控制器，所有控制器形成群智能网络，当采集到的相应水泵当前的压差测量值与压差设定值的偏差绝对值超出了预设压差偏差阈值时，控制器发起任务进行调节，然后，依概率选择水泵转速比并与邻居水泵进行信息交互，最后，计算适应度值，更新概率矩阵得到水泵开启状态和开启水泵转速比，各个控制器根据参数控制水泵达到相应运行状态实现节能优化。2.根据权利要求1所述的群智能中央空调并联水泵节能优化方法，其特征在于，初始化参数，确定概率决策矩阵Pi＝{1/n,1/n,...,1/n}，n为决策空间大小，每台水泵均生成种群，每个种群产生若干节点，将水泵转速取值范围S离散为水泵转速运行策略集Si＝{s1,s2,...,sx}，x为转速取值个数。3.根据权利要求1所述的群智能中央空调并联水泵节能优化方法，其特征在于，所有节点根据水泵前后压差、水泵的特性曲线和水管网特性方程，计算出维持设定压差时末端需求流量Qs，水泵特性曲线为：η＝jQ2+kQ+lH＝aQ2+bQ+c其中，η为水泵效率，H为扬程，Q为流量，a,b,c,j,k,l为水泵性能参数；水管网特性方程为：H0＝F·Q02Hset＝F·∑(Qi)2＝F·Qs2其中，H0为水泵两端压差，Hset为压差设定值，F为管网阻力，Q0为检测时水泵流量。4.根据权利要求1所述的群智能中央空调并联水泵节能优化方法，其特征在于，所有节点依据自己的决策概率矩阵选择转速比，并且计...

【专利技术属性】
技术研发人员：于军琪，张瑞，赵安军，钱薛艮，刘奇特，
申请(专利权)人：西安建筑科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61