[發(fā)明專利]基于Modelica聯(lián)合仿真優(yōu)化的冷水機(jī)房模型校準(zhǔn)方法

在審

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• 申請日: 2019-09-10
• 公開（公告）號: CN110688740A
• 公開（公告）日: 2020-01-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 田喆;祝捷;甄誠;牛紀(jì)德
• 申請（專利權(quán)）人: 天津大學(xué)
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06Q50/08
• 代理公司: 12201 天津市北洋有限責(zé)任專利代理事務(wù)所
• 代理人: 李素蘭

本發(fā)明公開了基于Modelica聯(lián)合仿真優(yōu)化的冷水機(jī)房模型校準(zhǔn)方法，首先基于Modelica語言建立設(shè)備的數(shù)學(xué)模型；之后選取需要被校準(zhǔn)的模型參數(shù)和校準(zhǔn)目標(biāo)并對Modelica模型進(jìn)行仿真計(jì)算，以一段時(shí)間內(nèi)仿真結(jié)果與實(shí)測值的歸一化平均誤差最小為優(yōu)化目標(biāo)，使用粒子群優(yōu)化算法對模型參數(shù)不斷進(jìn)行優(yōu)化，直至誤差達(dá)到最小值輸出此時(shí)的參數(shù)優(yōu)化結(jié)果；之后使用歸一化平均誤差，均方根誤差和皮爾遜相關(guān)系數(shù)對校準(zhǔn)結(jié)果進(jìn)行評價(jià)。本發(fā)明的基于Modelica聯(lián)合仿真優(yōu)化的冷水機(jī)房模型校準(zhǔn)方法可以使得模型的仿真結(jié)果很好的貼合實(shí)際。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及建筑能源系統(tǒng)建模與仿真方法，尤其涉及一種基于Modelica聯(lián)合仿真優(yōu)化的冷水機(jī)房模型校準(zhǔn)方法。

技術(shù)背景

目前，集中式冷水機(jī)房廣泛用于建筑內(nèi)的中央空調(diào)系統(tǒng)供能，其運(yùn)行能耗在建筑中占據(jù)了主要部分，良好的控制策略可以大大節(jié)約系統(tǒng)能耗，因此系統(tǒng)建模仿真與控制策略優(yōu)化成為了降低系統(tǒng)運(yùn)行能耗的重要途徑之一?；谀Ｐ偷念A(yù)測控制(MPC)的發(fā)展為暖通空調(diào)系統(tǒng)控制策略的選擇和制定提供了有效的解決辦法。MPC的基本思想是利用被研究系統(tǒng)的模型來預(yù)測未來的狀態(tài)，在存在擾動的邊界和約束的情況下，使預(yù)測周期內(nèi)的某個(gè)成本函數(shù)最小化，屬于一種實(shí)時(shí)滾動的優(yōu)化過程。與傳統(tǒng)的控制方法相比，MPC消除了參數(shù)整定繁瑣、預(yù)測能力較弱、監(jiān)控實(shí)現(xiàn)困難、對各種工況適應(yīng)性差等缺點(diǎn)。但是MPC能否取得良好的控制效果取決于模型是否能夠反映實(shí)際，應(yīng)用廠家樣本和額定參數(shù)的模型能不能反映實(shí)際系統(tǒng)的性能，尤其是對于已經(jīng)開始運(yùn)行的系統(tǒng)，應(yīng)該利用監(jiān)測數(shù)據(jù)對模型重新進(jìn)行校準(zhǔn)。因此使用模擬軟件或編程語言建立貼合實(shí)際的模型成為了能否建立合適的控制策略的基礎(chǔ)。

現(xiàn)有的很多建筑能耗模擬軟件對模型的簡化和忽視設(shè)備的水力特性建模，使得其很難用于控制策略的仿真和反映實(shí)際系統(tǒng)的動態(tài)特性，尤其是需要考慮壓差控制的系統(tǒng)，水力模型需要重新在模型中進(jìn)行構(gòu)建。但是模擬軟件中設(shè)備模型通常被封裝在模型內(nèi)部，用戶很難進(jìn)行更改并重新建立模型。而使用常規(guī)的編程語言如Matlab，C，Python等進(jìn)行建模又需要考慮方程的求解和層次化的系統(tǒng)模型框架等問題，不適合對大規(guī)模的暖通空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行建模。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于基于實(shí)際測量數(shù)據(jù)，提供一種基于Modelica聯(lián)合仿真優(yōu)化的冷水機(jī)房模型校準(zhǔn)方法，采用本方法使得仿真模型和實(shí)際設(shè)備性能有較好的一致性。

本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的：

基于Modelica聯(lián)合仿真優(yōu)化的冷水機(jī)房模型校準(zhǔn)方法，其特征在于包括如下步驟：

步驟一、使用Modelica語言對制冷站的冷水機(jī)組、水泵以及冷卻塔分別建模；

其中，冷水機(jī)組模型的計(jì)算公式為：

P＝P_ref·CAPFT·EIRFT·EIRFPLR

上式中：CAPFT用于描述冷水機(jī)組在不同工況下可用制冷量的差異，EIRFT和EIRFPLR分別用于修正冷水機(jī)組滿負(fù)荷和部分負(fù)荷狀態(tài)下的耗電輸熱比；通過CAPFT、EIRFT和EIRFPLR三條曲線分別描述冷水機(jī)組性能；PLR為冷水機(jī)組負(fù)載率，P為冷水機(jī)組的功率；

其中，T_chw,out為冷凍水出水溫度,K；T_cw,out為冷卻水離開冷水機(jī)組的溫度,K；Q_eva為當(dāng)前制冷量,kW；Q_ref為參考制冷量,kW；P_chi為當(dāng)前冷水機(jī)組功率；P_ref為參考功率,kW；[a₁...a₆；b₁...b₆；c₁...c₇]為多項(xiàng)式系數(shù)；