一种基于任务流的空压系统控制方法技术方案

本发明专利技术涉及一种基于任务流的空压系统控制方法，包括：对用气端任务流模式进行建模，根据空压系统任务流模型，采用改进哈里斯鹰算法对空压系统控制策略进行优化；构建空压系统模型；初始化改进哈里斯鹰算法的全局变量；通过反向映射优化原始哈里斯鹰的种群初始化；对初始化后的哈里斯鹰种群进行迭代优化；对优化后种群中的个体执行变量隔离下的分区精英主义策略；使用历史最佳个体的优化变量去控制空压系统的储气罐输出压力、各个空压机的开停时间与输出压力。与现有技术相比，本发明专利技术对于任务流可以在考虑开停损失的情况下进行高效地全局优化，也可以针对临时任务进行即时优化，相比以往的空压系统控制优化，做到更细致、更灵活。活。活。

【技术实现步骤摘要】
一种基于任务流的空压系统控制方法


[0001]本专利技术涉及空压系统设计及优化领域，尤其是涉及一种基于任务流的空压系统控制方法。

技术介绍

[0002]空压系统是工业生产中不可缺少的一部分，也是工厂能耗大户。优化空压系统控制方法可以大大降低其在生产过程中的总能耗，这对于助于国家双碳战略具有重要意义。空压系统的控制优化通常依赖于给定的负荷表进行开停优化，这无法做到对空压机更细致的控制，如调整空压机的输出压力等，也无法适应目前任务流模式，也称为智能排程软件在工业生产中的大规模应用。
[0003]因此，目前空压系统的控制优化还存在以下需要改进的技术方向：
[0004]细致控制空压机的输出压力：目前的控制方法无法对空压机的输出压力进行精确调整，需要研究更精细的控制方法。
[0005]适应目前任务流模式：空压系统的控制优化需要适应目前工业生产中的智能排程软件大规模应用，需要研究与智能排程软件的协同控制方法，以实现更高效的生产。
[0006]减少总能耗：虽然优化空压系统控制可以降低总能耗，但仍需进一步研究控制方法，以实现更大程度的能耗降低，这对于国家双碳战略具有重要意义。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷中的至少一种而提供一种基于任务流的空压系统控制方法，对于任务流可以在考虑开停损失的情况下进行高效地全局优化，也可以针对临时任务进行即时优化，相比以往的空压系统控制优化，做到更细致、更灵活。
[0008]本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：
[0009]本专利技术提供一种基于任务流的空压系统控制方法，包括以下步骤：
[0010]S1：对用气端任务流模式进行建模，根据空压系统任务流模型，采用改进哈里斯鹰算法对空压系统控制策略进行优化；
[0011]S2：构建空压系统模型，其中空压系统由空压机、储气罐、管网三部分组成；
[0012]S3：初始化改进哈里斯鹰算法的全局变量；
[0013]S4：通过反向映射优化原始哈里斯鹰的种群初始化；
[0014]S5：对初始化后的哈里斯鹰种群进行迭代优化；
[0015]S6：对优化后种群中的个体执行变量隔离下的分区精英主义策略；
[0016]S7：完成迭代过程，使用历史最佳个体的优化变量去控制空压系统的储气罐输出压力、各个空压机的开停时间与输出压力。
[0017]进一步地，S1中，对用气端任务流模式进行建模过程中，具体包括：
[0018]假定某一时刻，某用气端提交用气任务如下：
[0019][0020]其中，user
i
表示第i个用气端，表示user
i
在第j个时刻的用气需求，h表示此时任务流的最大时刻；
[0021]对1时～h时，有n个用气端的任务流模型如下：
[0022][0023]进一步地，S2中，构建空压系统模型过程中，包括：
[0024]根据空压系统管网拓扑结构搭建管网；
[0025]通过计算单管压降，得到用气端管道输出压力；
[0026]所述单管压降通过整体法计算，公式如下：
[0027][0028]其中：
[0029][0030][0031][0032][0033]其中：Q_m为单管结构体参数质量流量，D为单管结构体参数管道内径，ρ为单管结构体参数进气端密度，v为气体速度，nodein
mu
为单管结构体参数进气端动力黏度，Re为雷诺数，1e6为科学计数法，表示10的6次方，zeta为单管结构体参数局部阻力系数，k为单管结构体参数管内粗糙度，ΔH为单管结构体参数绝对高差，g为重力常量，取9.8；
[0034]其中，空压机能耗为：
[0035][0036]其中，W为空压机能耗，γ为绝热系数，对于空气取1.4，R为气体常数，对于空气取287，T
in
为进口温度，P
in
为进口压力，取0.1kPa，η
s
为等熵效率，取0.8，P
out
为出口压力，为
空气质量流量。
[0037]进一步地，S3中，所述哈里斯鹰算法的全局变量包括哈里斯鹰个数search_num、维度dim、变量区间上限UB和下限LB、最大迭代次数max_iter；
[0038]其中，每一个哈里斯鹰对应为一条空压系统控制策略，所述空压系统控制策略包括储气罐输出压力、空压机开停时间；
[0039]初始化改进哈里斯鹰算法的全局变量过程中，将空压机输出压力作为优化变量：
[0040][0041]其中，为优化变量向量，tank
n
表示n号储气罐，表示n号储气罐的输出压力，c
n
表示n号空压机，表示n号空压机的开启时间，表示n号空压机的关停时间，表示n号空压机的输出压力；
[0042]其中，作为时间变量，采用以下小数方式表示：
[0043][0044]其中，hh＝0,
…
,24，表示小时，mm＝0,
…
,59,表示分钟。
[0045]进一步地，S4中，通过反向映射优化原始哈里斯鹰的种群初始化的过程中包括：
[0046]S4
‑
1，依据哈里斯鹰个数search_num、维度dim、变量区间上限UB和下限LB随机生成优化种群，如公式(4)所示：
[0047]pop
r
＝random(search_num,dim)*(UB
‑
LB)+LB(4)
[0048]其中，pop_r为随机生成的优化种群，random()为随机生成一个0到1区间内的服从于均匀分布的随机小数，random(search_num,dim)为随机生成一个行数为search_num,列数为dim的随机小数矩阵；
[0049]S4
‑
2，计算pop
r
中每一个个体的适应度值，即每一条空压系统控制策略所产生的总能耗，如公式(5)所示：
[0050][0051]其中，fitness()为空压系统总能耗计算函数，即适应度计算函数，为pop
r
的第i条控制策略，fit
r
为随机种群适应度，为第i条控制策略的总能耗，即第i条控制策略的适应度值；
[0052]根据公式(6)生成反向种群，并根据公式(7)计算反向种群的适应度值，公式(6)如下所示：
[0053][0054]其中，pop
o
为生成的反向种群；
[0055]公式(7)为：
[0056][0057]其中，fit
o
为反向种群适应度，为第i条反向总群的适应度值；
[0058]S4
‑
3，将随机种群适应度fit
r
和反向种群适应度fit
o
合并为fit
r～o
，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于任务流的空压系统控制方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：对用气端任务流模式进行建模，根据空压系统任务流模型，采用改进哈里斯鹰算法对空压系统控制策略进行优化；S2：构建空压系统模型，其中空压系统由空压机、储气罐、管网三部分组成；S3：初始化改进哈里斯鹰算法的全局变量；S4：通过反向映射优化原始哈里斯鹰的种群初始化；S5：对初始化后的哈里斯鹰种群进行迭代优化；S6：对优化后种群中的个体执行变量隔离下的分区精英主义策略；S7：完成迭代过程，使用历史最佳个体的优化变量去控制空压系统的储气罐输出压力、各个空压机的开停时间与输出压力。2.根据权利要求1所述的一种基于任务流的空压系统控制方法，其特征在于，S1中，对用气端任务流模式进行建模过程中，具体包括：假定某一时刻，某用气端提交用气任务如下：其中，user
i
表示第i个用气端，表示user
i
在第j个时刻的用气需求，h表示此时任务流的最大时刻；对1时～h时，有n个用气端的任务流模型如下：3.根据权利要求1所述的一种基于任务流的空压系统控制方法，其特征在于，S2中，构建空压系统模型过程中，包括：根据空压系统管网拓扑结构搭建管网；通过计算单管压降，得到用气端管道输出压力；所述单管压降通过整体法计算，公式如下：其中：其中：
其中：Q_m为单管结构体参数质量流量，D为单管结构体参数管道内径，ρ为单管结构体参数进气端密度，ν为气体速度，nodein
mu
为单管结构体参数进气端动力黏度，Re为雷诺数，1e6为科学计数法，表示10的6次方，zeta为单管结构体参数局部阻力系数，k为单管结构体参数管内粗糙度，ΔH为单管结构体参数绝对高差，g为重力常量，取9.8；其中，空压机能耗为：其中，W为空压机能耗，γ为绝热系数，对于空气取1.4，R为气体常数，对于空气取287，T
in
为进口温度，P
in
为进口压力，取0.1kPa，η
s
为等熵效率，取0.8，P
out
为出口压力，为空气质量流量。4.根据权利要求1所述的一种基于任务流的空压系统控制方法，其特征在于，S3中，所述哈里斯鹰算法的全局变量包括哈里斯鹰个数search_num、维度dim、变量区间上限UB和下限LB、最大迭代次数max_iter；其中，每一个哈里斯鹰对应为一条空压系统控制策略，所述空压系统控制策略包括储气罐输出压力、空压机开停时间；初始化改进哈里斯鹰算法的全局变量过程中，将空压机输出压力作为优化变量：其中，为优化变量向量，tank
n
表示n号储气罐，表示n号储气罐的输出压力，c
n
表示n号空压机，表示n号空压机的开启时间，表示n号空压机的关停时间，表示n号空压机的输出压力；其中，作为时间变量，采用以下小数方式表示：其中，hh＝0,
…
,24，表示小时，mm＝0,
…
,59,表示分钟。5.根据权利要求1所述的一种基于任务流的空压系统控制方法，其特征在于，S4中，通过反向映射优化原始哈里斯鹰的种群初始化的过程中包括：S4
‑
1，依据哈里斯鹰个数search_num、维度dim、变量区间上限UB和下限LB随机生成优化种群，如公式(4)所示：pop
r
＝random(search_num,dim)*(UB
‑
LB)+LB(4)其中，pop_r为随机生成的优化种群，random()为随机生成一个0到1区间内的服从于均匀分布的随机小数，random(search_num,dim)为随机生成一个行数为search_num,列数为dim的随机小数矩阵；S4
‑
2，计算pop
r
中每一个个体的适应度值，即每一条空压系统控制策略所产生的...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈迩齐，梁星宇，张春路，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：