基于无线智能阀控调控室温的模型预测控制方法技术

本发明专利技术公开了基于无线智能阀控调控室温的模型预测控制方法。本发明专利技术以用户室温为反馈量，通过调节某一用户群体各自的供暖进水智能阀控，解决供热系统二级网供暖个性化问题，以末端调节的方式来个性化调控用户室温，提升用户舒适度，降低系统能耗，解决方案是以用户室温为反馈，结合智能阀控开度离散特性提出混合线性整数优化控制方案，对供热管道中用户端热水进水口智能阀控使用模型预测控制方法，同时，根据智能阀控调节改变系统流动特征的特性添加智能阀控调节模型的约束方程，保证系统的稳定运行与管网的平衡，实现用户设定室内温度，控制器通过调节智能阀控使得室温被调节至设定值的个性化过程。设定值的个性化过程。设定值的个性化过程。

【技术实现步骤摘要】
基于无线智能阀控调控室温的模型预测控制方法


[0001]本专利技术涉及室内供热的先进控制领域
，具体为基于无线智能阀控调控室温的模型预测控制方法。

技术介绍

[0002]热源厂生产热水通过一级管网向各热力站输送热能。热力站通过二级管网向住户输送热能。目前,针对用户供热系统的控制主要是供热站一级的整体调控。热力站根据供水与回水水温与设定值的偏差对站内的可调智能阀控或水泵进行反馈控制调节,或根据进入热力站的热水流量与设定值的偏差进行调控。由于这种控制的特性，供热站的控制效应是整体性的，是区域性的。由于供热系统的热惰性和高时滞,多个热力站之间的水力耦合特性，以及系统工况大幅改变时带来的剧烈振荡，所以供热站层级的控制需要协调不同供热站之间调节控制带来的影响，维持某一个地区内供热系统的稳定性；
[0003]针对供热站的调节，天津大学提出以用户室内供回水温度为反馈，指导供热站使用模型预测方法调节供水温度的技术。对于用户而言，供热站的控制是去个性化的，供热站的调节不能根据个体用户需求去调节。同时在二次管网中存在热力失衡现象，根据距离热源远近不同，用户室内温度也不同。一般而言。距离供热站近的用户室温高，距离供热站远的用户室温低。所以该技术面临的问题是，选择哪一类型的用户的供回水温度作为反馈。在通常的情况下，供热站保证最远端用户的室内温度，会留有稳定裕量，导致某些离供热站近的用户室内温度稍高，降低了舒适度；
[0004]在该技术的基础之上，济南大学提出了将室内温度也作为反馈量之一，指导调节二次管网的供水温度的技术。将供暖的实际服务对象“室内温度”作为反馈条件，本质是直接以用户的环境是否舒适为指导来调节供给侧的供暖条件。这样一种直面用户需求的技术，显著提高了用户的舒适度。用户侧的反馈方式得到改善，但对用户而言，供暖侧调节供水温度的方法个性化水平依旧不高，为此我们设计了基于无线智能阀控调控室温的模型预测控制方法。

技术实现思路

[0005]本专利技术提供基于无线智能阀控调控室温的模型预测控制方法可以解决上述
技术介绍
中的问题，通过调节用户端的智能阀控，以末端调节的方式来个性化调控用户室温，提升用户舒适度，降低系统能耗，是以用户室温为反馈，结合智能阀控开度离散特性提出混合线性整数优化控制方案，对供热管道中用户端热水进水口智能阀控使用模型预测控制方法，同时，根据智能阀控调节改变系统流动特征的特性添加智能阀控调节模型的约束方程，保证系统的稳定运行与管网的平衡，实现用户设定室内温度，控制器通过调节智能阀控使得室温被调节至设定值的个性化过程。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：基于无线智能阀控调控室温的模型预测控制方法，对于上述模型预测控制调节智能阀控的技术方案，包括以下步骤：
[0007]步骤S1：基于传热学与流体力学建立智能阀控对室温的控制型；
[0008]步骤S2：建立智能阀控开度离散化的整数优化模型；
[0009]步骤S3：添加系统中多个智能阀控开度相互关联的约束条件；
[0010]步骤S4：模型参数识别，通过拟合历史数据得到智能阀控的控制特性参数；
[0011]步骤S5：将当前值作为初值，计算预测控制值，得到一组智能阀控开度的预测值；
[0012]步骤S6：将预测结果作用于系统，将作用结果设定为当前值；
[0013]步骤S7：滚动时域优化；
[0014]步骤S8：模型参数优化；
[0015]针对S1：基于传热学与流体力学建立智能阀控对室温的控制型。具体的内容如下。
[0016]首先模型建立单房间控制方程。
[0017]由物理分析可得，房间温度升高主要考虑房间散热和吸热，散热主要考虑对流散热，吸热主要考虑暖气片与空气之间的对流传热。由此可得到：
[0018][0019]式中：
[0020]T——房间温度/K,
[0021]m——吸热空气的质量/kg，
[0022]c
air
——吸热空气的热容/J
·
kg
‑1·
K
‑
1，
[0023]Q
out
——散热量/J，
[0024]Q
in
——吸热量/J，
[0025]s
wall
——房间的散热面积/
㎡
，
[0026]h
wall
——房间散热过程的传热系数/W
·
m
‑2·
K
‑
1，
[0027]T
out
——室外温度/K，
[0028]T
o
——回水温度/K，
[0029]T
in
——进水温度/K，
[0030]c
water
——水的比热容/J
·
kg
‑1·
K
‑
1，
[0031]q——热水流量/m3
·
s
‑
1。
[0032]针对供热管网，有管网控制方程
[0033]管网控制方程则需要考虑整体多个房间，控制方程中的量则变成矩阵。
[0034][0035]其中，
[0036][0037]式中，T
i
代表第i个房间的温度，q
i
代表第i个房间中管路的流量。
[0038]针对管网流量分布特性，可以做以下处理。
[0039]多个房间的多条支路可以视为多条并联的管路，在并联管路中，水力损失等于各部分分管的水力损失，并联管路的总流量等于各分管流量之和。于是有：
[0040]q＝q1+q2+q3+
…
+q
i
#(3)
[0041]h
f
＝h
f1
＝h
f2
＝h
f3
＝
…
＝h
fi
#(4)
[0042]式中，
[0043]h
f
——总水利损失/m。
[0044]h
fi
——各支路总水利损失/m。
[0045]q——总流量/m3
·
s
‑1[0046]q
i
——各支路流量/m3
·
s
‑1[0047]每一条支路管道中的总水力损失应包括沿程阻力损失和局部阻力损失，有
[0048][0049]式中，
[0050]f——支路管道的达西摩擦因数。
[0051]L
j
——支路管道各部分长度/m。
[0052]D——支路管道直径/m
[0053]K
j
——支路各部分局部阻力损失系数
[0054]将式(5)代入式(4)，有：
[0055][0056]又在管道中流量与速度的关系本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于无线智能阀控调控室温的模型预测控制方法，其特征在于：所述基于无线智能阀控调控室温的模型预测控制方法包括以下步骤：步骤S1：基于传热学与流体力学建立智能阀控对室温的控制模型；步骤S2：建立智能阀控开度离散化的整数优化模型；步骤S3：添加系统中多个智能阀控开度相互关联的约束条件；步骤S4：模型参数识别，通过拟合历史数据得到智能阀控的控制特性参数；步骤S5：将当前值作为初值，计算预测控制值，得到一组智能阀控开度的预测值；步骤S6：将预测结果作用于系统，将作用结果设定为当前值；步骤S7：滚动时域优化；步骤S8：模型参数优化。2.根据权利要求1所述的基于无线智能阀控调控室温的模型预测控制方法，其特征在于：所述的模型预测控制方法步骤S1，第一部分基于传热学建立房间的温度变化机理模型，即：房间温度升高主要考虑房间散热和吸热，散热主要考虑对流散热，吸热主要考虑暖气片与空气之间的对流传热，由此可得到：式中：T——房间温度/K，m——吸热空气的质量/kg，c
air
——吸热空气的热容/J
·
kg
‑1·
K
‑1，Q
out
——散热量/J，Q
in
——吸热量/J，s
wall
——房间的散热面积/m2，h
wall
——房间散热过程的传热系数/W
·
m
‑2·
K
‑1，T
out
——室外温度/K，T
o
——回水温度/K，T
in
——进水温度/K，c
water
——水的比热容/J
·
kg
‑1·
K
‑1，q——热水流量/m3·
s
‑1，第二部分基于流体力学原理建立管网智能阀控对流量影响的机理模型，即管道流动模型：在并联管路中，水力损失等于各部分分管的水力损失，并联管路的总流量等于各分管流量之和，于是有：q＝q1+q2+q3+...+q
i
#(2)h
f
＝h
f1
＝h
f2
＝h
f3
＝...＝h
fi
#(3)式中，h
f
——总水利损失/m，h
fi
——各支路总水利损失/m，
q——总流量/m3
·
s
‑
1，qi——各支路流量/m3
·
s
‑
1，管道中的总水力损失应包括沿程阻力损失和局部阻力损失，有：式中，f——管道的达西摩擦因数，L
i
——各部分管道长度/m，D——管道直径/m，K
i
——各部分局部阻力损失系数。3.根据权利要求1所述的基于无线智能阀控调控室温的模型预测控制方法，其特征在于：所述的模型预测控制方法步骤S1结合传热模型与流动模型，进行中间量处理与得到智能阀控对室温影响的机理模型：式中，式中，4.根据权利要求3基于无线智能阀控调控室温的模型预测控制方法，其特征在于：所述的模型预测控制方法步骤S2，阀门开度的变化直接导致流体经过阀门时的局部损失改变，体现为阀门开度变化会改变该点的局部阻力损失系数K，阀门对管路流量的调节本质上是通过改变管路的阻力损失来实现的，因此，阀门处的局部阻力损失系数是随阀门开度而改变的，它们之间有一一映射关系：K＝f(v)#(6)式中，v——阀门开度，本智能阀控控制原理是能够远程将阀门开度分为11个档位，0代表关，10代表全开，所以可将阀门开度视为一个离散量，在数学上可由分段函数表示，式(6)可以表...

【专利技术属性】
技术研发人员：张博，李明涛，杨景懿，许岗，谢科，靖朝成，蒲哲，
申请(专利权)人：陕西拓普索尔电子科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：