一种冷冻水循环系统控制优化方法、系统及设备技术方案

本发明专利技术公开了一种冷冻水循环系统控制优化方法、系统及设备，包括，识别抗原；将冷冻水供水温度作为抗体，分别通过随机和固定步长方式，生成两个初始抗体种群；采用并行人工免疫算法对两个初始抗体种群进行寻优，得到两个下一代抗体种群；采用移民算子对两个下一代抗体种群进进行种群间个体交换，得到两个新抗体种群；采用并行人工免疫算法对两个新抗体种群进行寻优；判断是否满足终止条件，输出最优解，即最优的冷冻水供水温度；根据最优的冷冻水供水温度，计算得到冷冻水循环系统功耗最小情况下的冷冻水泵的开启台数和转速比；本发明专利技术将冷水机组和冷冻水泵综合进行优化，实现不同设备协同匹配运行分析，具有收敛速度快和稳定性强特点。

【技术实现步骤摘要】
一种冷冻水循环系统控制优化方法、系统及设备
本专利技术属于空调系统控制
，特别涉及一种冷冻水循环系统控制优化方法、系统及设备。
技术介绍
近年来，中央空调系统在现代大型建筑中得到广泛应用，以提供舒适的室内热环境；冷冻水系统作为最主要的耗能设备，其运行能耗约占中央空调系统总能耗的60％。虽然很多冷冻水系统在设计选型时已是节能的高效系统，但系统设备根据最大空调负荷设计，当系统处于部分负荷情况下，各设备无法随环境参数和负荷需求的逐时变化而动态调节，导致设备偏离最佳运行水平，存在很大的节能空间。因此在不同负荷需求下，如何制定冷冻水系统中各设备的相关优化控制策略，以提高系统的运行效率非常重要。冷冻水系统的主要耗能设备包括冷水机组和冷冻水泵，这两种设备的能耗在整个中央空调系统中所占比例也非常大；目前对于冷冻水系统的研究主要集中于冷冻水泵或冷水机组各子系统设备的优化上，缺乏基于实际供冷需求下不同设备之间协同匹配运行的系统分析，导致设备运行效率较低，空调系统能耗较高。
技术实现思路
针对现有技术中存在的技术问题，本专利技术提供了一种冷冻水循环系统控制优化方法、系统及设备，以解决现有的冷冻水循环系统控制过程缺乏基于实际供冷需求下，不同设备之间协同匹配运行的系统分析，导致设备运行效率较低，空调系统能耗较高的技术问题。为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案为：本专利技术提供了一种冷冻水循环系统控制优化方法，包括以下步骤：步骤1、将冷冻水循环系统中的冷冻水节能优化问题作为抗原；r>步骤2、通过抗原识别，将冷冻水供水温度作为抗体，分别通过随机和固定步长方式，生成初始抗体种群A和初始抗体种群B；步骤3、采用并行人工免疫算法对初始抗体种群A和初始抗体种群B进行寻优，得到下一代抗体种群A和下一代抗体种群B；步骤4、采用移民算子对下一代抗体种群A和下一代抗体种群B进进行种群间个体交换，得到新抗体种群A和新抗体种群B；步骤5、将新抗体种群A和新抗体种群B进行独立运行；步骤6、判断是否满足终止条件，若不满足，则返回步骤4；若满足，则输出最优解，即最优的冷冻水供水温度；步骤7、根据最优的冷冻水供水温度，计算得到冷冻水循环系统功耗最小情况下的冷冻水泵的开启台数和转速比，得到所述的冷冻水循环系统控制优化结果。进一步的，步骤2中，通过随机方式生成初始抗体种群A的过程，具体为：在抗体可行解空间采用随机方式生成若干冷冻水供水温度初始解，即得到初始抗体种群A；通过固定步长方式生成初始抗体种群B的过程，具体为：将最低冷冻水供水温度作为初始值；将温差设定为常数，作为固定步长；在冷冻水供水温度约束范围内，均匀生成若干个冷冻水供水温度设定值，即得到初始抗体种群B。进一步的，采用并行人工免疫算法，分别对初始抗体种群A和初始抗体种群B进行寻优，得到当前抗体种群A和当前抗体种群B的过程，具体如下：步骤31、将冷冻水循环系统的总功耗作为抗原与抗体的亲和度，分别对初始抗体种群A和初始抗体种群B的个体进行亲和度计算，并按亲和度大小进行升序排列；分别选择初始抗体种群A和初始抗体种群B中亲和度前N个抗体，组成临时抗体种群A和临时抗体种群B；步骤32、分别对临时抗体种群A和临时抗体种群B的个体进行免疫进化，得到免疫进化抗体种群A和免疫进化抗体种群B；步骤33、将临时抗体种群A与免疫进化抗体种群A，并按亲和度大小升序排列，选择亲和度满足设定阈值的若干抗体，形成下一代抗体种群A；将临时抗体种群B与免疫进化抗体种群B，并按亲和度大小升序排列，选择亲和度满足设定阈值的若干抗体，形成下一代抗体种群B。进一步的，步骤31中，冷冻水循环系统的总功耗P的表达式为：Pchiller,i＝c1+c2(Tcwr-Tchws)+c3(Tcwr-Tchws)2+c4(Tcwr-Tchws)Qe+c5Qe+c6Qe2Pchillerpump,j＝a0+a1·w·Q0+a2·w2·Q02+a3·w3·Q03其中，Pchiller,i为第i台冷水机组的功耗，h为冷水机组的运行台数，Pchillerpump,i为第j台冷冻水泵的功耗，m为冷冻水泵的运行台数；c1、c2、c3、c4、c5及c6为第i台冷水机组的性能系数；Tchws为冷冻水供水温度，Tcwr为冷却水进水温度，Qe为冷水机组的承载负荷；a0、a1、a2及a3为第j台冷冻水泵的性能系数，Q0为冷冻水泵的额定流量，w为冷冻水泵的转速比；Q冷冻水泵的流量，n0为冷冻水泵的额定转速，n为冷冻水泵的实际转速。进一步的，分别对初始抗体种群A和初始抗体种群B的个体进行亲和度计算的过程，具体如下：根据初始抗体种群A和初始抗体种群B中的个体，分别计算每个个体对应冷水机组的功耗；根据给定的系统所需冷冻水泵流量，采用穷举法，获取不同台数冷冻水泵运行条件下的冷冻水泵的功耗；并根据冷冻水泵功耗最小原则，确定冷冻水泵的运行台数；根据冷冻水泵运行台数和给定的系统所需冷冻水泵流量要求，确定冷冻水泵的转速比；将冷冻水泵的功耗与冷水机组的功耗相加，得到冷冻水循环系统的总功耗，即得到初始抗体种群A和初始抗体种群B个体的亲和度。进一步的，分别对临时抗体种群A和临时抗体种群B的个体进行免疫进化，得到免疫进化抗体种群A和免疫进化抗体种群B的过程中，免疫进化包括克隆、变异及抑制操作；其中，变异操作过程，对临时抗体种群A采用如下式的变异概率进行自适应调整：对临时抗体种群B采用如下式的变异概率进行自适应调整：其中，αmax为每代临时抗体种群中最大的亲和度值，αarg为每代群体的平均亲和度值，αmin为每代临时抗体种群中最小的亲和度值，k1、k2、k3为变异概率调整系数。进一步的，步骤4中，采用采用移民算子对下一代抗体种群A和下一代抗体种群B进进行种群间个体交换，得到新抗体种群A和新抗体种群B的过程，具体如下：分别计算下一代抗体种群A和下一代抗体种群B中每个个体的亲和度，根据亲和度大小，分别将下一代代抗体种群A和下一代抗体种群B的个体平均分为大中小三个区段；按照设定好的种群间个体交换规模，对下一代代抗体种群A和下一代抗体种群B的个体区段进行交叉交换，分别得到新抗体种群A和新抗体种群B。进一步的，步骤6中，判断满足的终止条件为是否达到最大寻优次数。本专利技术还提供了一种冷冻水循环系统控制优化系统，包括抗原识别模块、抗体种群模块、人工免疫模块、移民交叉模块、寻优模块、终止模块及结果输出模块；抗原识别模块，用于将冷冻水循环系统中的冷冻水节能优化问题作为抗原；抗体种群模块，用于通过抗原识别，将冷冻水供水温度作为抗体，分别通过随机和固定步长方式，生成初始抗体种群A和初始抗体种群B；人工免疫模块，用于采用并行人工免疫算法对初始抗体种群A和初始抗体种群B进行寻优，得到下一代抗体种群A和下一代抗体种群B；移民交叉模块，用于采用移民本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种冷冻水循环系统控制优化方法，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤1、将冷冻水循环系统中的冷冻水节能优化问题作为抗原；/n步骤2、通过抗原识别，将冷冻水供水温度作为抗体，分别通过随机和固定步长方式，生成初始抗体种群A和初始抗体种群B；/n步骤3、采用并行人工免疫算法对初始抗体种群A和初始抗体种群B进行寻优，得到下一代抗体种群A和下一代抗体种群B；/n步骤4、采用移民算子对下一代抗体种群A和下一代抗体种群B进进行种群间个体交换，得到新抗体种群A和新抗体种群B；/n步骤5、将新抗体种群A和新抗体种群B进行独立运行；/n步骤6、判断是否满足终止条件，若不满足，则返回步骤4；若满足，则输出最优解，即最优的冷冻水供水温度；/n步骤7、根据最优的冷冻水供水温度，计算得到冷冻水循环系统功耗最小情况下的冷冻水泵的开启台数和转速比，得到所述的冷冻水循环系统控制优化结果。/n

【技术特征摘要】
1.一种冷冻水循环系统控制优化方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、将冷冻水循环系统中的冷冻水节能优化问题作为抗原；
步骤2、通过抗原识别，将冷冻水供水温度作为抗体，分别通过随机和固定步长方式，生成初始抗体种群A和初始抗体种群B；
步骤3、采用并行人工免疫算法对初始抗体种群A和初始抗体种群B进行寻优，得到下一代抗体种群A和下一代抗体种群B；
步骤4、采用移民算子对下一代抗体种群A和下一代抗体种群B进进行种群间个体交换，得到新抗体种群A和新抗体种群B；
步骤5、将新抗体种群A和新抗体种群B进行独立运行；
步骤6、判断是否满足终止条件，若不满足，则返回步骤4；若满足，则输出最优解，即最优的冷冻水供水温度；
步骤7、根据最优的冷冻水供水温度，计算得到冷冻水循环系统功耗最小情况下的冷冻水泵的开启台数和转速比，得到所述的冷冻水循环系统控制优化结果。


2.根据权利要求1所述的一种冷冻水循环系统控制优化方法，其特征在于，步骤2中，通过随机方式生成初始抗体种群A的过程，具体为：在抗体可行解空间采用随机方式生成若干冷冻水供水温度初始解，即得到初始抗体种群A；
通过固定步长方式生成初始抗体种群B的过程，具体为：
将最低冷冻水供水温度作为初始值；将温差设定为常数，作为固定步长；在冷冻水供水温度约束范围内，均匀生成若干个冷冻水供水温度设定值，即得到初始抗体种群B。


3.根据权利要求1所述的一种冷冻水循环系统控制优化方法，其特征在于，采用并行人工免疫算法，分别对初始抗体种群A和初始抗体种群B进行寻优，得到当前抗体种群A和当前抗体种群B的过程，具体如下：
步骤31、将冷冻水循环系统的总功耗作为抗原与抗体的亲和度，分别对初始抗体种群A和初始抗体种群B的个体进行亲和度计算，并按亲和度大小进行升序排列；分别选择初始抗体种群A和初始抗体种群B中亲和度前N个抗体，组成临时抗体种群A和临时抗体种群B；
步骤32、分别对临时抗体种群A和临时抗体种群B的个体进行免疫进化，得到免疫进化抗体种群A和免疫进化抗体种群B；
步骤33、将临时抗体种群A与免疫进化抗体种群A，并按亲和度大小升序排列，选择亲和度满足设定阈值的若干抗体，形成下一代抗体种群A；将临时抗体种群B与免疫进化抗体种群B，并按亲和度大小升序排列，选择亲和度满足设定阈值的若干抗体，形成下一代抗体种群B。


4.根据权利要求1所述的一种冷冻水循环系统控制优化方法，其特征在于，步骤31中，冷冻水循环系统的总功耗P的表达式为：



Pchiller,i＝c1+c2(Tcwr-Tchws)+c3(Tcwr-Tchws)2+c4(Tcwr-Tchws)Qe+c5Qe+c6Qe2
Pchillerpump,j＝a0+a1·w·Q0+a2·w2·Q02+a3·w3·Q03



其中，Pchiller,i为第i台冷水机组的功耗，h为冷水机组的运行台数，Pchillerpump,i为第j台冷冻水泵的功耗，m为冷冻水泵的运行台数；c1、c2、c3、c4、c5及c6为第i台冷水机组的性能系数；Tchws为冷冻水供水温度，Tcwr为冷却水进水温度，Qe为冷水机组的承载负荷；a0、a1、a2及a3为第j台冷冻水泵的性能系数，Q0为冷冻水泵的额定流量，w为冷冻水泵的转速比；Q冷冻水泵的流量，n0为冷冻水泵的额定转速，n为冷冻水泵的实际转速。


5...

【专利技术属性】
技术研发人员：于军琪，高之坤，赵安军，宗悦，虎群，
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