一种考虑热力量测数据异常的地源热泵数据驱动建模方法技术

本发明专利技术的一种考虑热力量测数据异常的地源热泵数据驱动建模方法，立足于解决园区综合能源系统中地源热泵在不同运行工况下的能源输入输出关系准确刻画问题。本发明专利技术选择地源热泵机组最核心的耗电量和地源侧回水温度为特征变量，对运行量测数据进行了有效甄别和填补处理，并在此基础上生成地源热泵数据驱动模型。即，考虑热力量测的特性对地源热泵历史运行数据进行修正，在此基础上对地源热泵的多元非线性模型进行最小二乘拟合，从而获取地源热泵的数据驱动模型，能够有效刻画地源热泵在不同工况下的能源输入输出关系，有效解决了目前在进行实际地源热泵系统数据驱动建模时所存在问题，为园区综合能源系统的精细化调度优化提供依据。提供依据。提供依据。

【技术实现步骤摘要】
一种考虑热力量测数据异常的地源热泵数据驱动建模方法


[0001]本专利技术涉及一种地源热泵数据驱动建模方法。特别是涉及一种考虑热力量测数据异常的地源热泵数据驱动建模方法。

技术介绍

[0002]地源热泵系统以岩土体、地下水或地表水为低温热源，通过输入少量的高品位能源(电能)，地源热泵可以实现由低品位热能向高品位热能的转移，且地热能更为环保，因而在园区综合能源系统中获得了广泛的应用。地源热泵的运行能效比(Coefficient of Performance，COP)与其运行工况紧密相关，并随温度等环境因素的变化而变化，给其有效的运行调度带来了挑战。由于地源热泵的内部过程非常复杂，目前在园区综合能源系统优化调度中，对地源热泵输入输出能源转换关系多采用固定COP的等效的方式，未考虑地源热泵COP在不同工况下的动态变化，与实际运行结果有较大偏差。因此，急需建立地源热泵在不同工况下的输入输出模型，为园区综合能源系统的精细化调度提供支撑。
[0003]对于地源热泵系统的动态建模，现有研究主要从地埋管和热泵机组两方面考虑。地埋管传热方面主要通过对地下埋管中流体的运动建立偏微分方程组，以地埋管的尺寸、管壁温度等为边界条件，建立了地埋管换热器的三维动态模型，通过有限元法、向前差分法等方法利用计算机对偏微分方程组进行求解模拟。对于热泵机组，主要从热力学的角度，对制冷制热循环过程中制冷剂的状态进行数学建模，对制冷剂在压缩机、冷凝器、蒸发器中的不同的焓值，结合能量守恒定律，得到热泵机组的产热量、COP的动态模型，但容积效率、制冷剂的特性曲线等需要根据压缩机样本提供的参数进行数据拟合。因此总体来看，当前基于物理机理的地源热泵系统动态建模所需参数多，许多参数不便于直接测量得到，且计算量较大。
[0004]不同于机理建模，数据驱动建模是通过采集海量的数据，将数据进行组织形成信息，之后对相关的信息进行整合和提炼，在数据的基础上经过训练和拟合形成模型。数据驱动模型由于不关注实际系统的物理过程和各项参数，基于已有的历史运行数据便能构造出输入输出间的关系模型，因此能较好地满足建立地源热泵变工况下输入输出模型的需要。
[0005]在进行实际地源热泵系统数据驱动建模时，存在如下难点问题：1)在进行数据驱动建模前，需要先进行模型所输入的特征变量的选择，防止输入过多的特征变量，彼此之间存在较大的相关性，导致模型精度和泛化性降低；对地源热泵来说，地源侧供回水温度、用户侧供回水温度都与地源热泵产热性能存在一定的相关性，但各个变量之间也存在较大的相关性，需要准确选择模型特征变量，合理设计模型表达式；2)地源热泵的历史运行数据包括多种类型的物理量，包括耗电量、温度、产热量，一般来说，电力、温度量测数据误差较小；但热力量测由于其工作原理的限制，存在量测数据位缺失、量测采集数据不同步等情况，在建模中需要重点考虑；3)实际地源热泵运行中，大部分时间地源热泵负荷差异不大，但在少部分时间段高负荷期可能投入备用热泵机组，使最终统计得到的机组的耗电量和地源侧回水温度等变量呈现出大部分正常值密集分布、少部分正常值分布稀疏的情况。在数据处理
时，容易将稀疏部分的正常值误判为异常值。

技术实现思路

[0006]本专利技术所要解决的技术问题是，提供一种能够有效刻画地源热泵在不同工况下的能源输入输出关系的考虑热力量测数据异常的地源热泵数据驱动建模方法。
[0007]本专利技术所采用的技术方案是：一种考虑热力量测数据异常的地源热泵数据驱动建模方法，其特征在于，包括如下步骤：
[0008]1)输入地源热泵系统设备参数、模型控制参数和历史运行数据，其中设备参数包括地源侧额定回水温度E
T
、机组额定产热量E
Q
；模型控制参数包括地源侧回水温度上下限T
H
、T
L
，机组额定产热量上下限Q
H
、Q
L
，工况相似度判定阈值R
s
、异常值判定阈值R
O
；历史运行数据包括各运行时段对应的机组耗电量W、地源侧回水温度T和产热量Q；
[0009]2)对地源侧回水温度T和产热量Q，若时段i数据或则将相应的T
i
或Q
i
分别标记为时段i地源侧回水温度缺失值和时段i产热量缺失值；
[0010]3)对地源热泵机组耗电量W、地源侧回水温度T和产热量Q分别进行min
‑
max标准化处理，其中地源侧回水温度T和产热量Q某一时段的缺失值分别以地源侧额定回水温度E
T
、机组额定产热量E
Q
临时代替，得到标准化地源热泵机组耗电量E
W
、标准化地源侧回水温度E
T
、标准化产热量E
Q
，并标记其中由E
T
、E
Q
临时代替的值为缺失值；
[0011]4)基于历史相似工况数据，对标准化地源侧回水温度E
T
和标准化产热量E
Q
的缺失值分别进行填补；
[0012]5)将标准化地源热泵机组耗电量E
W
、填补后的标准化地源侧回水温度E
T
′
、填补后的标准化产热量E
Q
′
组成地源热泵运行工况数据集{E
W
，E
T
′
，E
Q
′
}；
[0013]6)基于改进的欧式距离，结合地源热泵运行工况数据集{E
W
，E
T
′
，E
Q
′
}，进行产热量异常值检测；
[0014]7)判断步骤6)中的产热量异常值是否由于热力量测采集数据不同步造成，若是，则以产热量异常值和相邻产热量异常值的平均值代替；否则将产热量异常值标记为缺失值，并按步骤4)所述进行填补；
[0015]8)将步骤7)修正得到的标准化地源热泵机组耗电量E
W
″
、标准化地源侧回水温度E
T
″
和标准化产热量E
Q
″
，采用min
‑
max反变换还原为有名值数据，得到地源热泵机组的修正后耗电量修正后地源侧回水温度和修正后产热量构成修正后的地源热泵历史运行数据集并计算各个时段的机组能效比得到历史运行时段地源热泵机组能效比数据COP；
[0016]9)基于修正后的地源热泵历史运行数据集采用最小二乘法对地源热泵多元非线性数据驱动模型进行参数拟合，得到最终的地源热泵数据驱动模型。
[0017]本专利技术的一种考虑热力量测数据异常的地源热泵数据驱动建模方法，立足于解决园区综合能源系统中地源热泵在不同运行工况下的能源输入输出关系准确刻画问题。本专利技术选择地源热泵机组最核心的耗电量和地源侧回水温度为特征变量，对运行量测数据进行
了有效甄别和填补处理，并在此基础上生成地本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种考虑热力量测数据异常的地源热泵数据驱动建模方法，其特征在于，包括如下步骤：1)输入地源热泵系统设备参数、模型控制参数和历史运行数据，其中设备参数包括地源侧额定回水温度E
T
、机组额定产热量E
Q
；模型控制参数包括地源侧回水温度上下限T
H
、T
L
，机组额定产热量上下限Q
H
、Q
L
，工况相似度判定阈值R
s
、异常值判定阈值R
O
；历史运行数据包括各运行时段对应的机组耗电量W、地源侧回水温度T和产热量Q；2)对地源侧回水温度T和产热量Q，若时段i数据或则将相应的T
i
或Q
i
分别标记为时段i地源侧回水温度缺失值和时段i产热量缺失值；3)对地源热泵机组耗电量W、地源侧回水温度T和产热量Q分别进行min
‑
max标准化处理，其中地源侧回水温度T和产热量Q某一时段的缺失值分别以地源侧额定回水温度E
T
、机组额定产热量E
Q
临时代替，得到标准化地源热泵机组耗电量E
W
、标准化地源侧回水温度E
T
、标准化产热量E
Q
，并标记其中由E
T
、E
Q
临时代替的值为缺失值；4)基于历史相似工况数据，对标准化地源侧回水温度E
T
和标准化产热量E
Q
的缺失值分别进行填补；5)将标准化地源热泵机组耗电量E
W
、填补后的标准化地源侧回水温度E
T
′
、填补后的标准化产热量E
Q
′
组成地源热泵运行工况数据集{E
W
,E
T
′
,E
Q
′
}；6)基于改进的欧式距离，结合地源热泵运行工况数据集{E
W
,E
T
′
,E
Q
′
}，进行产热量异常值检测；7)判断步骤6)中的产热量异常值是否由于热力量测采集数据不同步造成，若是，则以产热量异常值和相邻产热量异常值的平均值代替；否则将产热量异常值标记为缺失值，并按步骤4)所述进行填补；8)将步骤7)修正得到的标准化地源热泵机组耗电量E
W
″
、标准化地源侧回水温度E
T
″
和标准化产热量E
Q
″
，采用min
‑
max反变换还原为有名值数据，得到地源热泵机组的修正后耗电量修正后地源侧回水温度和修正后产热量构成修正后的地源热泵历史运行数据集并计算各个时段的机组能效比得到历史运行时段地源热泵机组能效比数据COP；9)基于修正后的地源热泵历史运行数据集采用最小二乘法对地源热泵多元非线性数据驱动模型进行参数拟合，得到最终的地源热泵数据驱动模型。2.根据权利要求1所述的一种考虑热力量测数据异常的地源热泵数据驱动建模方法，其特征在于，步骤4)包括：(1)采用得到的标准化地源热泵机组耗电量E
W
、标准化地源侧回水温度E
T
、标准化产热量E
Q
，按缺失值所在时段的时间顺序，逐时段计算各缺失值所在时段与该缺失值所在时段之前时段的工况相异度；设时段m的数据为缺失值，其中U∈{T,Q}，表示缺失值的数据类型；则时段j与时段m的地源热泵运行工况相异度S
j
表示为：
其中，V表示{T,Q}中除U以外的另一数据类型；分别表示E
W
和E
V
中第j个元...

【专利技术属性】
技术研发人员：王成山，王康生，于浩，冀浩然，李鹏，宋关羽，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：