一种适用于楼宇设备综合优化模型的分布式演化方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及了一种分布式演化优化方法，尤其是涉及了一种适用于楼宇设备综合 优化模型的分布式演化方法。
【背景技术】
[0002] 当前我国正处于工业化、城镇化和新农村建设快速发展的历史时期，深入推进建 筑节能，加快发展绿色建筑面临难得的历史机遇。目前，我国城乡建设增长方式仍然粗放， 发展质量和效益不高，建筑建造和使用过程能源资源消耗高、利用效率低的问题比较突出。
[0003] 建筑楼宇集成系统中的建筑自动化智能系统就是通过合理配备建筑现场控制设 备，对建筑物（或建筑群）内楼宇设备（空调、电梯、给排水、照明等设备）诸多子系统构成 一个有机的整体，通过优化控制系统，达到在确保建筑内环境舒适、充分考虑能源节约和环 境保护的条件下，使设备处于最佳运行状态和最佳利用率，提高管理水平，降低运营成本， 提供安全舒适、高效便利的工作环境。
[0004] 控制系统中的控制方法作为控制系统的核心，对于保证楼宇内部多种设备的高效 运行具有重要作用。
[0005] 为便于工程应用，现有的控制系统以微机技术为基础，基于高速DDC和相应操作 软件，具有现场采集、控制、通讯、数据存储、故障上传、现场监控等功能，系统包括上位机网 络管理系统及现场主控模块、数字量和模拟量输入/输出模块，可接插多类网络板卡，支持 多点物理点和虚拟点。但是现有技术及产品往往由于针对楼宇设备控制过多考虑通用性等 原因，在实际建筑自动化工程应用中，系统普遍存在资源配置浪费，功能闲置，技术惯性大， 整合先进技术成本高、周期长，价格较高等欠缺，且相应控制软件平台功能不完善。
【发明内容】
[0006] 为解决上述问题，本发明提出一种适用于楼宇设备综合优化模型的分布式演化方 法，通过优化楼宇设备的多目标优化方法，以达到提高楼宇舒适度、降低能耗、提高设备运 行效率、降低楼宇设备运行磨损率的目的。
[0007] 本发明的技术方案采用如下步骤：
[0008] 1)以楼宇设备作为有限理性体，将不同的各个楼宇设备组合建立一个集合模型；
[0009] 2)建立集合模型中各个楼宇设备之间的优化目标函数及其约束条件，优化目标函 数包括舒适度的代价函数、能耗的代价函数、设备运行效率的代价函数和设备运行磨损率 的代价函数；
[0010] 3)所有楼宇设备中以两个楼宇设备随机配成一对，对形成得到的多对楼宇设备均 进行效用函数和适应度的演化迭代计算，每次计算前重新随机配对，迭代次数达到运算次 数阈值后，计算每个楼宇设备的效用函数和适应度，生成新集合模型；
[0011] 4)判断步骤3)得到的新集合模型是否处于稳定状态：如果新集合模型处于稳定 状态，那么停止计算；如果新集合模型尚未处于稳定状态，那么返回重新进行步骤3)，直至 新集合模型处于稳定状态；由此得到稳定状态下优化目标函数所对应的各个代价函数作为 最优值，完成楼宇设备综合优化模型的分布式演化。
[0012] 所述的楼宇设备包括中央空调、智能照明系统、电梯智能监控设备和给排水系统。
[0013] 所述的步骤1)中集合模型采用以下公式1 :
[0014] Xi= {xn，x2i，x3i，x4i} (1)
[0015] 其中：i = 1，2,…，i代表第i次运算，Xi为第i次运算的集合模型，x n、x2i、x3i、 ^分别为第i次运算的中央空调进化值、智能照明系统进化值、电梯智能监控设备进化值 和给排水系统进化值。
[0016] 上述集合模型也可以表示为：Xi= [x n, x2i, x3i, x4i]T，T表示矩阵的转置。
[0017] 所述的步骤2)中的优化目标函数采用以下公式2:
[0018] V = min {f\ (Xi)，f2 (Xi)，f3 (Xi)，f4 (Xi)} (2)
[0019] 其中，V为优化目标函数，AGO为表征楼宇舒适度的代价函数，舒适度为温度与 湿度的比值，f 2(Xi)为表征能耗的代价函数，f3(Xi)为表征设备运行效率的代价函数，f 4(Xi) 为表征设备运行磨损率的代价函数；
[0020] 上述的和f4(Xi)分别采用以下公式进行计算：
【主权项】
1. 一种适用于楼宇设备综合优化模型的分布式演化方法，其特征在于包括以下步骤： 1) 以楼宇设备作为有限理性体，将不同的各个楼宇设备组合建立一个集合模型； 2) 建立集合模型中各个楼宇设备之间的优化目标函数及其约束条件，优化目标函数包 括舒适度的代价函数、能耗的代价函数、设备运行效率的代价函数和设备运行磨损率的代 价函数； 3) 所有楼宇设备中以两个楼宇设备随机配成一对，对形成得到的多对楼宇设备均进行 效用函数和适应度的演化迭代计算，每次计算前重新随机配对，迭代次数达到运算次数阈 值后，计算每个楼宇设备的效用函数和适应度，生成新集合模型； 4) 判断步骤3)得到的新集合模型是否处于稳定状态： 如果新集合模型处于稳定状态，那么停止计算；如果新集合模型尚未处于稳定状态，那 么返回重新进行步骤3)，直至新集合模型处于稳定状态； 由此得到稳定状态下优化目标函数所对应的各个代价函数作为最优值，完成楼宇设备 综合优化模型的分布式演化。
2. 根据权利要求1所述的一种适用于楼宇设备综合优化模型的分布式演化方法，其特 征在于：所述的楼宇设备包括中央空调、智能照明系统、电梯智能监控设备和给排水系统。
3. 根据权利要求1所述的一种适用于楼宇设备综合优化模型的分布式演化方法，其特 征在于：所述的步骤1)中集合模型采用以下公式1 : xi一{xli>x2i>X3i>X4i^ (丄） 其中，i代表第i次运算，i= 1，2,…，Xi为第i次运算的集合模型，xu、x2i、x3i、x4i* 别为第i次运算的中央空调进化值、智能照明系统进化值、电梯智能监控设备进化值和给 排水系统进化值。
4. 根据权利要求1所述的一种适用于楼宇设备综合优化模型的分布式演化方法，其特 征在于：所述的步骤2)中的优化目标函数采用以下公式2 : V=min{f\ (x)，f2 (xD，f3 (xD，f4(xD} (2) 其中，V为优化目标函数，fi(Xi)为表征楼宇舒适度的代价函数，舒适度为温度与湿度 的比值，f2(Xi)为表征能耗的代价函数，f3(Xi)为表征设备运行效率的代价函数，f4(Xi)为 表征设备运行磨损率的代价函数； 上述的fJXi)、f2(Xi)、f3(Xi)和f4(Xi)分别采用以下公式进行计算：
其中，111、^、131、&分别为第1次运算的中央空调进化值、智能照明系统进化值、电梯 智能监控设备进化值和给排水系统进化值，i代表第i次运算。
5. 根据权利要求1所述的一种适用于楼宇设备综合优化模型的分布式演化方法，其特 征在于：所述的步骤2)中的约束条件采用以下公式3 : g(Xi)多 0 (3) 上述约束函数g(xi)采用以下公式：
其中，111、^、131、&分别为第1次运算的中央空调进化值、智能照明系统进化值、电梯 智能监控设备进化值和给排水系统进化值，i代表第i次运算。
6. 根据权利要求1所述的一种适用于楼宇设备综合优化模型的分布式演化方法，其特 征在于：所述的步骤3)中，如果迭代计算的次数未达到运算次数阈值，那么将集合模型中 的楼宇设备进行重新随机配对和计算。
7. 根据权利要求1所述的一种适用于楼宇设备综合优化模型的分布式演化方法，其特 征在于：所述的步骤3)中的效用函数采用以下公式4:
其中，U(Xi)为演化计算的效用函数，m、n均表示中央空调、智能照明系统、电梯智能监 控设备和给排水系统中的任一一种楼宇设备。
8. 根据权利要求1所述的一种适用于楼宇设备综合优化模型的分布式演化方法，其特 征在于：所述的步骤3)中的适应度采用以下公式5 :
其中，F(Xi)为适应度，N为运算次数阈值，Pi为集合模型Xi中的楼宇设备被选中的概 率，U(Xi)为演化计算的效用函数。
9. 根据权利要求1、6或者8所述的一种适用于楼宇设备综合优化模型的分布式演化方 法，其特征在于：所述的运算次数阈值N= 50。
10. 根据权利要求1所述的一种适用于楼宇设备综合优化模型的分布式演化方法， 其特征在于：所述的步骤4)中对新集合模型是否处于稳定状态的判断采用论文"关 宏志，浦亮.基于演化博弈理论的有限理性交通选择行为模型[J].北京工业大学学 报，36 (8)，1077-1083, 2010"中的ESS方法进行判断。
【专利摘要】本发明公开了一种适用于楼宇设备综合优化模型的分布式演化方法。以楼宇设备作为有限理性体，将不同的各个楼宇设备组合建立一个集合模型；建立优化目标函数及其约束条件；两个楼宇设备随机配对，进行效用函数和适应度的演化迭代计算，达到运算次数阈值后，计算每个楼宇设备的效用函数和适应度，生成新集合模型；判断新集合模型是否处于稳定状态，计算直至新集合模型处于稳定状态；由此得到所对应的优化目标函数作为最优值，完成楼宇设备综合优化模型的分布式演化。发明可提高楼宇系统的智能化优化水平，同时兼顾楼宇设备的智能控制中的多个控制目标，提高楼宇舒适度、降低能耗、提高设备运行效率、降低楼宇设备运行磨损率。
【IPC分类】G05B13-04, G06F19-00
【公开号】CN104573383
【申请号】CN201510036173
【发明人】杨捷, 张国月, 齐冬莲, 张建良, 邱泽贤, 杜宇, 钱国英
【申请人】浙江大学, 杭州贝朗科技有限公司
【公开日】2015年4月29日
【申请日】2015年1月23日