[發(fā)明專利]基于多智能體的中央空調(diào)系統(tǒng)層級(jí)分布式優(yōu)化控制方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110259769.5
• 申請(qǐng)日: 2021-03-10
• 公開（公告）號(hào): CN112923533B
• 公開（公告）日: 2021-11-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王子豪;趙陽;李婷婷;劉軒彰;張學(xué)軍
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類號(hào): F24F11/64
• 分類號(hào): F24F11/64;F24F11/74
• 代理公司: 杭州求是專利事務(wù)所有限公司 33200
• 代理人: 傅朝棟;張法高

本發(fā)明提供了一種基于多智能體的中央空調(diào)系統(tǒng)層級(jí)分布式優(yōu)化控制方法，解決了復(fù)雜中央空調(diào)系統(tǒng)的分布式優(yōu)化控制問題。該方法使用層級(jí)交替方向乘子法將中央空調(diào)系統(tǒng)優(yōu)化控制任務(wù)總優(yōu)化問題分解為多個(gè)控制層級(jí)，每個(gè)控制層級(jí)包含了一系列子問題的求解和對(duì)偶變量的更新，分別由智能體內(nèi)部的并行局部?jī)?yōu)化計(jì)算和智能體之間的信息交互實(shí)現(xiàn)。該方法以維持末端區(qū)域的舒適度和降低中央空調(diào)系統(tǒng)的總能耗為優(yōu)化目標(biāo)，通過層級(jí)分布式優(yōu)化控制框架計(jì)算出中央空調(diào)系統(tǒng)的最優(yōu)運(yùn)行策略。該方法采用了異步式計(jì)算的思想，具有較快的計(jì)算速度，能夠滿足實(shí)時(shí)控制需求。同時(shí)，該方法所提出的層級(jí)分布式框架具有較強(qiáng)的可擴(kuò)展性和靈活性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及建筑節(jié)能和智能建筑控制技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種基于多智能體技術(shù)的中央空調(diào)系統(tǒng)層級(jí)分布式優(yōu)化控制方法。

背景技術(shù)

中央空調(diào)系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于建筑領(lǐng)域，其能耗在建筑總能耗中占比很大。因此，研究中央空調(diào)系統(tǒng)的優(yōu)化控制策略，使其能夠在滿足末端動(dòng)態(tài)負(fù)荷需求的前提下盡可能降低能源消耗，對(duì)實(shí)現(xiàn)建筑節(jié)能具有十分重要的意義。

中央空調(diào)系統(tǒng)的優(yōu)化控制方法可分為集中式控制和分布式控制。分布式控制方法具有高靈活性、高擴(kuò)展性和高控制效率等特點(diǎn)，近年來已成為中央空調(diào)系統(tǒng)優(yōu)化控制領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。現(xiàn)有的分布式控制方法往往只注重于中央空調(diào)系統(tǒng)中某一子系統(tǒng)的控制策略優(yōu)化。例如，專利《基于分布式計(jì)算的中央空調(diào)主機(jī)運(yùn)行優(yōu)化控制系統(tǒng)及方法》實(shí)現(xiàn)了冷水機(jī)組群組臺(tái)數(shù)和制冷量的分布式優(yōu)化控制；專利《一種中央空調(diào)冷凍水管網(wǎng)動(dòng)態(tài)水力平衡的群智能優(yōu)化方法》實(shí)現(xiàn)了冷凍水系統(tǒng)中冷凍水泵群組和冷凍水管網(wǎng)水力的分布式優(yōu)化控制；專利《無中心自組織的變風(fēng)量末端優(yōu)化控制方法及系統(tǒng)》實(shí)現(xiàn)了變風(fēng)量送風(fēng)系統(tǒng)的分布式優(yōu)化控制。實(shí)際上，一個(gè)典型的中央空調(diào)系統(tǒng)包括了水系統(tǒng)、送風(fēng)系統(tǒng)及其對(duì)應(yīng)的送風(fēng)末端，其優(yōu)化涉及同時(shí)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的節(jié)能和各末端房間的舒適性，由于子系統(tǒng)之間的熱力過程存在強(qiáng)耦合性，優(yōu)化控制效果存在“此消彼長(zhǎng)”的情況，難以實(shí)現(xiàn)全局最優(yōu)。現(xiàn)有的分布式控制策略往往只集中于降低系統(tǒng)中某些設(shè)備的能耗或?qū)崿F(xiàn)末端房間的舒適性，難以應(yīng)用于整個(gè)中央空調(diào)系統(tǒng)的分布式優(yōu)化控制中，目前仍缺少一種有效的解決方案。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明旨在克服現(xiàn)有中央空調(diào)系統(tǒng)分布式控制方法的不足，提出一種基于層級(jí)交替方向乘子法(Alternating direction method of multipliers,ADMM)的具有分布式智能的中央空調(diào)系統(tǒng)優(yōu)化控制方法。該方法通過層級(jí)ADMM算法將中央空調(diào)系統(tǒng)的總體優(yōu)化目標(biāo)分為多個(gè)層級(jí)。以兩層控制結(jié)構(gòu)為例，上層優(yōu)化通過優(yōu)化設(shè)備的設(shè)定值參數(shù)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的節(jié)能，下層優(yōu)化通過優(yōu)化送風(fēng)末端參數(shù)設(shè)定值實(shí)現(xiàn)送風(fēng)區(qū)域舒適度的維持，上層和下層之間通過不斷迭代實(shí)現(xiàn)總體目標(biāo)的優(yōu)化。該方法設(shè)置了三類智能體，包括協(xié)調(diào)智能體、設(shè)備智能體(包括冷水機(jī)組智能體和空調(diào)箱智能體)和房間智能體，通過三類智能體自身的局部?jī)?yōu)化功能和三類智能體之間的信息交互實(shí)現(xiàn)上述層級(jí)分布式控制任務(wù)。該方法以維持末端區(qū)域的舒適度和降低中央空調(diào)系統(tǒng)的總能耗為優(yōu)化目標(biāo)，以設(shè)備間能量守恒和空調(diào)箱風(fēng)量守恒為約束，通過層級(jí)分布式優(yōu)化控制框架計(jì)算出中央空調(diào)系統(tǒng)的最優(yōu)運(yùn)行策略，有效解決了中央空調(diào)系統(tǒng)級(jí)別的分布式優(yōu)化控制，兼具較強(qiáng)的靈活性和可擴(kuò)展性。

本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種基于多智能體的中央空調(diào)系統(tǒng)層級(jí)分布式優(yōu)化控制方法，其特征在于：

S1：對(duì)于中央空調(diào)系統(tǒng)中的每臺(tái)冷水機(jī)組、每臺(tái)空調(diào)箱以及與其連接的每個(gè)空調(diào)房間，分別設(shè)置一個(gè)對(duì)應(yīng)的智能體；

S2：設(shè)置初始參數(shù)，具體步驟如S2-1～S2-3：

S2-1：設(shè)置初始的冷凍水供水溫度設(shè)定值初始的空調(diào)箱送風(fēng)量和初始的對(duì)偶變量

S2-2：計(jì)算各房間的冷負(fù)荷值Q_ij；

S2-3：設(shè)置優(yōu)化控制間隔T；

S3：發(fā)布層級(jí)分布式優(yōu)化控制任務(wù)，設(shè)置總優(yōu)化目標(biāo)如下：