一种基于分段RC模型的换热站二次网供水温度控制算法的制作方法

一种基于分段rc模型的换热站二次网供水温度控制算法
技术领域
1.本发明设计换热站二次网供水温度控制策略领域，特别是涉及一种基于分段rc模型参数辨识过程的换热站二次网供水温度预测控制算法。


背景技术：

2.目前学者已对区域供热系统的自动控制算法展开了大量研究，但缺乏可靠稳定的建筑数据模型做支撑，无法精细化地指导换热站运行。也有学者对rc模型做了大量研究，但经过调研发现，现有的rc模型仍存在一些难以解决的问题：
3.(1)现有rc模型预测结果在不同工况下呈现较大偏差，说明不同工况下建筑的传热系数和热容不同。现有方法难以在所有工况下准确预测二次网供水温度。
4.(2)现有rc模型虽然考虑了建筑的蓄热效应，但是主要考虑了强度上的衰减效果，不能很好的体现时间上的延迟效应。


技术实现要素：

5.本发明所要解决的技术问题是：提供一种基于分段rc模型参数辨识过程的换热站二次网供水温度预测控制算法，快速高效的实现了换热站二次网供水温度自动控制，缓解了换热站热力失衡问题，提高了换热站能源利用效率。
6.本发明的目的通过以下方案实现，一种基于分段rc模型的换热站二次网供水温度控制算法，包含以下步骤：
7.步骤1：建立二次网最不利末端的建筑等效rc模型，根据实际建筑的类型和围护结构的特性选择合适的等效rc模型阶数，基于基尔霍夫定律和建筑热过程的原理，开发预测换热站二次网供水温度的分段rc模型；
8.步骤2：采用遗传算法对步骤1中搭建的模型进行辨识，使得参数辨识后的模型可以反映室内温度和室外温度、供水温度的关系，记录预测误差e；
9.步骤3：由于模型在不同工况下，预测结果差异较大，所以分别按室外温度、室内温度、供水温度、室内外温度差、室内与供水温度差以及室内外温度差与室内供水温度差的比值进行分段，计算预测误差e，经过比较，选择按在相同分段数下，得到的预测误差e最小的室内外温度差与室外和供水温度差的比值对数据进行等距离分段，按室内外温度差与室内供水温度差的比值对数据进行等距离分段，分段个数为2，分别用遗传算法对每段数据进行参数辨识；
10.步骤4：根据步骤3，不断增加分段个数，记录预测误差e，直到随着分段数的增加，预测误差没有明显减少时，该分段数即为最优分段数，按最优分段数对数据进行分段，并对每段数据进行参数辨识；
11.步骤5：将设计室内温度ts和预测的室外温度输入到参数辨识后的分段等效 rc模型中，预测二次网供水温度tg，该供水温度即为使室内温度维持设计室内温度的最小二次网供水温度，以该供水温度控制换热站运行。
12.与现有技术相比，本发明的技术方案所带来的有益效果是：本发明搭建的 rc模型用延迟时间进一步体现了围护结构的蓄放热能力，充分考虑了建筑的蓄放热特性。本发明采用分段的方式提升了模型精度，得到的模型充分反映了不同工况下的热容和热阻，能在供暖季的所有工况下得到较满意的预测结果。本发明用该模型控制换热站二次网供水温度，缓解了换热站热力失衡问题，有效提高了换热站能源利用效率。
附图说明
13.图1为本发明中实现二次网供水温度预测控制算法的流程图；
14.图2为本发明中所建立的一阶改进等效rc模型；
15.图3为本发明中所建立的模型对室温的预测结果与实际结果的比较图；
16.图4为本发明中rc模型分段辨识流程图；
17.图5为本发明中一阶等效rc模型的二次网供水温度理论基准值与实际工程中二次网供水温度对比图。
具体实施方式
18.以下结合说明书附图对本发明进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域的技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本技术所附权利要求书所限定的范围。
19.一种基于分段rc模型参数辨识过程的换热站二次网供水温度预测控制算法，该算法的核心在于模型参数的准确辨识过程，该算法实现二次网供水温度预测控制的关键流程见附图1，具体实现包括以下步骤：
20.步骤1：根据实际建筑的类型和围护结构的特性选择合适的等效rc模型阶数，附图2为建立的一阶等效rc模型结构，主要考虑围护结构的热容和热阻。该模型的输入变量包括建筑室外温度，模型的输出变量为二次网供水温度。其数学描述为：
[0021][0022]
式中：c为室内空气等效热容，j/k；tw为室外干球温度，℃；tn为室内空气温度，℃； tg为二次网供水温度，℃；m为太阳辐射作用在围护结构的部分转化的热量，w； n为外围护结构的延迟时间，h；m为内围护结构的延迟时间，h。
[0023]
步骤2：采用遗传算法对步骤1中搭建的模型进行辨识，在matlab中调用遗传算法工具箱实现参数辨识。
[0024]
本实例采用河南一个实际集中供热系统为模型提供室内温度、二次网供水温度监测数据，室外干球温度数据由当地气象监测部门获取。辨识结果见表1。预测误差e计算公式为：
[0025][0026]
表1 rc模型参数辨识结果
[0027][0028]
步骤3：附图3为模型对室温的预测结果与实际结果的比较图。根据附图3可以发现：模型在不同工况下，预测结果差异较大，所以分别按室外温度、室内温度、供水温度、室内外温度差、室内与供水温度差以及室内外温度差与室内供水温度差的比值进行分段，计算预测误差e，如附图4所示。比较过后，选择按在相同分段数下，得到的预测误差e最小的室内外温度差与室外和供水温度差的比值对数据进行等距离分段。按室内外温度差与室内温度供水温度差的比值对数据进行等距离分段，分段个数为2。分别用遗传算法对每段数据进行参数辨识。
[0029]
步骤4：如附图4所示，不断增加分段个数，记录预测误差e，直到随着分段数的增加，预测误差没有明显减少时，该分段数即为最优分段数，计算得最优分段数为4，按最优分段4对数据进行分段，并对每段数据进行参数辨识，具体参数辨识结果见表2。每一段的数据分类标准见表3。
[0030]
步骤5：将设计室内温度ts和预测的室外温度输入到参数辨识后的分段等效 rc模型中，预测二次网供水温度tg，该供水温度即为使室内温度维持设计室内温度的最小二次网供水温度，以该供水温度控制换热站运行，一阶等效rc模型的二次网供水温度理论基线与实际工程中二次网供水温度对比见附图5。其中，基准值曲线是值以设计温度18℃为输入值，生成的二次网供水温度理论基线；“一级高”是指以室内温度19℃为输入值时生成的二次供水温度曲线；“一级低”是指以室内温度17℃为输入值时生成的二次供水温度曲线，“一级高”和“一级低”曲线是用来衡量换热站的能耗水平。由图可知，实际供水温度始终大于理论基值，且大部分都高于“一级高”曲线，说明实际供水温度偏高，换热站能耗偏高，末端用户热量供过于求，导致供热浪费。
[0031]
表2分段后的模型的具体参数辨识结果
[0032][0033]
表3数据分段标准
[0034][0035]
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本领域的技术人员应该了解，本发明不受上述具体实施例的限制，上述具体实施例和说明书中的描述只是为了进一步说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护的范围由权利要求书及其等效物界定。