[發明專利]一種三模態加熱控制方法

有效

• 申請號: 202011178261.4
• 申請日: 2020-10-29
• 公開（公告）號: CN112197436B
• 公開（公告）日: 2021-10-22
• 發明（設計）人: 陳鋒;蔣惠忠;陳文松
• 申請（專利權）人: 浙江天行健水務有限公司
• 主分類號: F24H9/18
• 分類號: F24H9/18;F24H9/20;F24H4/02;F24S20/40;F25B30/06
• 代理公司: 紹興市知衡專利代理事務所(普通合伙) 33277
• 代理人: 仵君粉

1.一種三模態加熱控制方法，其特征在于：加熱控制方法涉及水箱、三模態、加熱控制器和系統軟件四部分，

所述三模態包括電加熱模態、熱泵式加熱模態和太陽能集熱模態，太陽能集熱模態采用太陽能集熱器，回路上設置循環泵，水箱中設置電加熱器形成電加熱模態，熱泵式加熱模態包括冷凝器、壓縮機、蒸發器、膨脹閥、過濾器和軸流風扇；

所述加熱控制器由ARM處理器、電源、信號處理模塊、無線收發模塊、參數設置顯示模塊、驅動模塊構成，

信號處理模塊連接水箱的水溫、水位、環境溫度、環境濕度、環境光照度對應的檢測傳感器，

無線收發模塊和遠程大數據中心連接，進行數據交換和接受指令，

參數設置顯示模塊進行參數的設置與顯示，

驅動模塊控制電加熱模態、熱泵式加熱模態、太陽能加熱模態中對應的泵、閥；

所述系統軟件包括參數設置與顯示程序模塊、數據采集程序模塊、本地通訊程序模塊、遠程通訊程序模塊、預測優化程序模塊、控制程序模塊，

參數設置與顯示程序模塊將需要顯示的數據、參數進行顯示，并將輸入的數據保存到數據區，

數據采集程序模塊按照設定的時間間隔采集管控數據，

本地通訊程序模塊與本地其它控制器連接進行數據交換和接受指令，

遠程通訊程序模塊通過有線無線網絡與遠程大數據服務器交換數據，

預測優化程序模塊根據數據庫歷史數據和天氣預報、本地實測近期氣象數據和實時數據，預測計算太陽能加熱模態、熱泵式加熱模態、電加熱模態在不同時段工作的能耗，再進行加熱方案的優化，給出優選方案，所述加熱方案的優化步驟如下：

步驟一：參數設置

(1)輸入參數：水箱水位V，水設定溫度T_s，目標水溫達成時間H，

(2)實時環境參數：實時水溫T_c，環境溫度T_e，光照度E，環境濕度RH，實時電價F_c，

(3)優化目標：在目標時間H時，使水箱水溫達到預設溫度T_s，并使綜合費用F_o最低；

步驟二：具體算法

(1)馬爾科夫決策模型建模：

進行如下定義：

1)馬爾科夫決策節點k：將每個小時作為一個馬爾科夫的決策節點，即k＝1，2…，H，

2)狀態集合S：所有節點的有限狀態集合，其中s_k∈S，表示第k個節點的狀態，

3)環境觀測集合O：O_k表示第k個節點下，對環境因素的觀測，

4)動作集合A：所有可行操作的集合，即3種加熱方式開關情況的排列組合，共計8種，a_k∈A，表示第k個節點的動作，

馬爾科夫模型的狀態轉移過程可表示為：

P_k(s_k+1|s_k，O_k，a_k)；

(2)強化學習模型建模：

進行如下定義：

①策略選取網絡π(·)：表示選取動作的預測過程，即π(a_k|s_k，O_k)，對于單個馬爾科夫決策節點，根據當前節點的狀態s_k以及實時的環境觀測O_k，來預測最合適的動作，策略選取網絡π由多層人工神經網絡全連接層構成，

②狀態轉移網絡Tr(·)：模擬馬爾科夫狀態轉移過程，即P_k(s_k+1)＝Tr(s_k，O_k，a_k)，Tr(·)由多層感知機結構實現，

③動作價值回報R_k(·)：評價該動作的即時收益，為其中ΔT為動作a_k后水溫變化，Δc為節點時間內的用電量，F_c為實時電價，Δc根據動作a_k、電加熱器功率P1、熱泵式加熱器功率P2、循環水泵功率P3得出，多層感知機結構模擬R_k(·)過程，

④狀態價值函數v_π(·)：

v_π(s_k)＝E(R_k+1+γR_k+2+γ²R_k+2+…+γ^H-k-1R_H)，其中γ為回報衰減因子(0＜γ＜1)，

⑤總價值函數q_π(·)由動作價值回報和狀態價值回報共同構成，表示為：

步驟三，操控：根據步驟二算法得出優選控制方案，控制程序模塊控制相關泵、閥，熱泵式加熱模態、電加熱模態、太陽能加熱模態工作。