基于双层优化的中央空调精细化调控方法技术

本发明专利技术提供一种基于双层优化的中央空调精细化调控方法，通过建立建筑温度标度模型与建筑湿度标度模型并制定舒适区间；建立中央空调精细化调控上层模型，包括舒适度最佳的中央空调调控模型和运行成本最小的中央空调调控模型；运用Shaple值法对中央空调精细化调控上层模型的舒适度与经济性占比进行分配，并计算中央空调制冷总量；建立中央空调精细化调控下层模型；采用蚁群算法对双层优化模型进行优化，获得中央空调精细化调控方案；该方法能够在保证用户舒适度前提下，有效降低运行能源消耗，提高经济性，能够实现中央空调精细化调控，降低高峰时段的电力耗能，有利于缓解电力供应紧缺矛盾与保障电网安全运行。紧缺矛盾与保障电网安全运行。紧缺矛盾与保障电网安全运行。

【技术实现步骤摘要】
基于双层优化的中央空调精细化调控方法


[0001]本专利技术涉及一种基于双层优化的中央空调精细化调控方法，属于空调负荷调控


技术介绍

[0002]随着社会电力需求总量不断攀升，电力供需矛盾是目前电力系统主要面临问题之一，尤其迎峰度夏期间电力缺口较大。据不完全统计，近年来在一些一线城市夏季空调负荷甚至超过了社会总负荷量的50％，导致夏季负荷峰谷差率的显著拉大，进一步加剧了电力系统的供需矛盾。空调负荷具有一定的热惯性，对空调负荷进行调控后，功率可在短时间内降低而室内温度则会随时间缓慢变化，能够在对用户舒适度影响较小的前提下快速响应电网侧调度。
[0003]相比较分散式独立空调，中央空调主要应用场景为公共楼宇。其负荷容量较大，可调潜力较高，同时对于公共楼宇的中央空调进行调节不会对民生用电带来较大影响。中央空调负荷主要集中在冬季和夏季两季，如仅仅依靠增加输配电网容量来满足短暂的尖峰用电，需付出巨大财力、物力以及人力的投入。
[0004]现有中央空调参与需求侧响应研究大都集中于空调参与电网调峰的顶层设计及电网层面的空调调控，对于中央空调调控多为粗放式调控，例如，开关控制和周期性启停控制，不能真正关注到用户使用的舒适度，运行能源消耗较高，且较少关注中央空调内部各个子系统间的配合调控，调控精度较差，不能真正释放中央空调调节潜力。
[0005]上述问题是在基于双层优化的中央空调精细化调控过程中应当予以考虑并解决的问题。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是提供一种基于双层优化的中央空调精细化调控方法解决现有技术中存在的采用粗放式调控，不能真正关注到用户使用的舒适度，运行能源消耗有待降低的问题。
[0007]本专利技术的技术解决方案是：
[0008]一种基于双层优化的中央空调精细化调控方法，包括以下步骤，
[0009]S1、采集用户对室内环境舒适满意度数据，包括室内最佳舒适温度T
c
和最佳舒适湿度W
c
，建立建筑温度标度模型与建筑湿度标度模型并制定舒适区间；
[0010]S2、建立中央空调精细化调控上层模型，包括舒适度最佳的中央空调调控模型和运行成本最小的中央空调调控模型；
[0011]S3、运用夏普利值法即Shaple值法对中央空调精细化调控上层模型的舒适度与经济性占比进行分配，并计算中央空调制冷总量；
[0012]S4、建立中央空调精细化调控下层模型，包括末端风机子系统负荷调控模型、冷冻水泵子系统负荷调控模型、冷水机组子系统负荷调控模型与冷却水泵子系统负荷调控模
型；
[0013]S5、建立中央空调精细化调控上层模型与中央空调精细化调控下层模型组成的双层优化模型，采用蚁群算法对双层优化模型进行优化，获得中央空调精细化调控方案。
[0014]进一步地，步骤S1中，建立建筑温度标度模型与建筑湿度标度模型，具体为，
[0015]S11、建立建筑温度标度模型为：λ
T_PMV
＝β1(T
in
‑
T
c
)，其中，λ
T_PMV
为建筑温度标度，T
in
为室内温度，β1为温度系数；
[0016]S12、建立建筑湿度标度模型为：λ
W_PMV
＝β2|m*T
in
|(W
in
‑
W
c
)，其中，λ
W_PMV
为建筑湿度标度，W
in
为室内湿度，m为温度对湿度影响因子，表征在不同建筑环境内，不同温度对湿度舒适度的影响程度，β2为湿度系数。
[0017]进一步地，步骤S1中，制定舒适区间为λ
T_PMV
∈[
‑
2，2]且λ
W_PMV
∈[
‑
2，2]，λ
T_PMV
＝
‑
2且λ
W_PMV
＝
‑
2为室内环境最低舒适度，λ
T_PMV
＝
‑
0且λ
W_PMV
＝
‑
0为室内环境最佳舒适度，λ
T_PMV
＝2且λ
W_PMV
＝2为室内环境最高舒适度，λ
T_PMV
、λ
W_PMV
均为无量纲常数值。
[0018]进一步地，步骤S2中，建立中央空调精细化调控上层模型，包括舒适度最佳的中央空调调控模型和运行成本最小的中央空调调控模型，具体为，
[0019]建立中央空调精细化调控上层模型：
[0020]minC＝Y1C
c
+Y2C
m
[0021]其中，C为上层目标函数，Y1、Y2分别为经济性分配系数和舒适度分配系数，C
c
为经济性目标函数，C
m
为舒适性目标函数；
[0022]舒适度最佳中央空调调控模型为：
[0023][0024]其中，T
set
为设定温度，W
set
为设定温度，γ1、γ2分别为舒适性温度系数和舒适性湿度系数，e为指数函数，β1为温度系数，m为温度对湿度影响因子，β2为湿度系数；
[0025]运行成本最小的中央空调调控目标模型为：
[0026][0027]其中，γ3、γ4分别为经济性温度系数和经济性湿度系数。
[0028]约束条件为：
[0029][0030]其中，T
max
、T
min
分别为设定温度上下限，W
max
、W
min
分别为设定湿度上下限。
[0031]进一步地，步骤S3中，运用Shaple值法对中央空调精细化调控上层模型的舒适度与经济性占比进行分配，具体为，
[0032]中央空调精细化调控上层模型的目标函数包括舒适度最佳中央空调调控目标模型和运行成本最小的中央空调调控目标模型两个分目标成员，不同分目标组成不同联盟s，分目标成员i参与上层模型目标函数时共有(|s|
‑
1)！种排列方法，其中，|s|为联盟s所包含分目标数，剩余(n
‑
|s|)个成员排列顺序有(n
‑
|s|)！种，分目标对中央空调精细化调控上层模型目标函数分配系数为：
[0033][0034]其中，N为集合个数，n为成员数量，y(s)是联盟s的特征函数，代表联盟s通过各目标的相互协作实现联盟的最大利益，y(s/i)为子集s中去除主体i后所取得的效益。
[0035]进一步地，步骤S3中，计算中央空调制冷总量，具体为，
[0036]Q
th
(t)＝Q
S
(t)+Q
L
(t)＝(T
out
(t)
‑
T
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于双层优化的中央空调精细化调控方法，其特征在于：包括以下步骤，S1、采集用户对室内环境舒适满意度数据，包括室内最佳舒适温度T
c
和最佳舒适湿度W
c
，建立建筑温度标度模型与建筑湿度标度模型并制定舒适区间；S2、建立中央空调精细化调控上层模型，包括舒适度最佳的中央空调调控模型和运行成本最小的中央空调调控模型；S3、运用夏普利值法即Shaple值法对中央空调精细化调控上层模型的舒适度与经济性占比进行分配，并计算中央空调制冷总量；S4、建立中央空调精细化调控下层模型，包括末端风机子系统负荷调控模型、冷冻水泵子系统负荷调控模型、冷水机组子系统负荷调控模型与冷却水泵子系统负荷调控模型；S5、建立中央空调精细化调控上层模型与中央空调精细化调控下层模型组成的双层优化模型，采用蚁群算法对双层优化模型进行优化，获得中央空调精细化调控方案。2.如权利要求1所述的基于双层优化的中央空调精细化调控方法，其特征在于：步骤S1中，建立建筑温度标度模型与建筑湿度标度模型，具体为，S11、建立建筑温度标度模型为：λ
T_PMV
＝β1(T
in
‑
T
c
)，其中，λ
T_PMV
为建筑温度标度，T
in
为室内温度，β1为温度系数；S12、建立建筑湿度标度模型为：λ
W_PMV
＝β2|m*T
in
|(W
in
‑
W
c
)，其中，λ
W_PMV
为建筑湿度标度，W
in
为室内湿度，m为温度对湿度影响因子，表征在不同建筑环境内，不同温度对湿度舒适度的影响程度，β2为湿度系数。3.如权利要求2所述的基于双层优化的中央空调精细化调控方法，其特征在于：步骤S1中，制定舒适区间为λ
T_PMV
∈[
‑
2，2]且λ
W_PMV
∈[
‑
2，2]，λ
T_PMV
＝
‑
2且λ
W_PMV
＝
‑
2为室内环境最低舒适度，λ
T_PMV
＝
‑
0且λ
W_PMV
＝
‑
0为室内环境最佳舒适度，λ
T_PMV
＝2且λ
W_PMV
＝2为室内环境最高舒适度，λ
T_PMV
、λ
W_PMV
均为无量纲常数值。4.如权利要求1所述的基于双层优化的中央空调精细化调控方法，其特征在于：步骤S2中，建立中央空调精细化调控上层模型，包括舒适度最佳的中央空调调控模型和运行成本最小的中央空调调控模型，具体为，建立中央空调精细化调控上层模型：minC＝Y1C
c
+Y2C
m
其中，C为上层目标函数，Y1、Y2分别为经济性分配系数和舒适度分配系数，C
c
为经济性目标函数，C
m
为舒适性目标函数；舒适度最佳中央空调调控模型为：其中，T
set
为设定温度，W
set
为设定温度，γ1、γ2分别为舒适性温度系数和舒适性湿度系数，e为指数函数，β1为温度系数，m为温度对湿度影响因子，β2为湿度系数；运行成本最小的中央空调调控目标模型为：
其中，γ3、γ4分别为经济性温度系数和经济性湿度系数。约束条件为：其中，T
max
、T
min
分别为设定温度上下限，W
max
、W
min
分别为设定湿度上下限。5.如权利要求4所述的基于双层优化的中央空调精细化调控方法，其特征在于：步骤S3中，运用Shaple值法对中央空调精细化调控上层模型的舒适度与经济性占比进行分配，具体为，中央空调精细化调控上层模型的目标函数包括舒适度最佳中央空调调控目标模型和运行成本最小的中央空调调控目标模型两个分目标成员，不同分目标组成不同联盟s，分目标成员i参与上层模型目标函数时共有(|s|
‑
1)！种排列方法，其中，|s|为联盟s所包含分目标数，剩余(n
‑
|s|)个成员排列顺序有(n
‑
|s|)！种，分目标对中央空调精细化调控上层模型目标函数分配系数为：其中，N为集合个数，n为成员数量，y(s)是联盟s的特征函数，代表联盟s通过各目标的相互协作实现联盟的最大利益，y(s/i)为子集s中去除主体i后所取得的效益。6.如权利要求4所述的基于双层优化的中央空调精细化调控方法，其特征在于：步骤S3中，计算中央空调制冷总量，具体为，Q
th
(t)＝Q
S
(t)+Q
L
(t)＝(T
out
(t)
‑
T
set
(t))G
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+Q
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(t)+Q
s
(t)+k(W
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【专利技术属性】
技术研发人员：杨婷，李思琦，陆旦宏，朱晓，王玉莹，倪敏珏，范文尧，王雁灵，查云龙，
申请(专利权)人：南京工程学院，
类型：发明
国别省市：