具体实施方式
如图1所示,一种冰蓄冷系统控制优化方法,包括步骤:
S100:根据冰蓄冷系统历史数据,构建冰蓄冷系统的冷负荷与时间的对应关系序列以及电价与时间的对应关系序列
冰蓄冷系统历史数据可以是基于冰蓄冷运行的运行日志和应用场所的历史数据。非必要的,可以构建冰蓄冷系统历史数据库,冰蓄冷系统历史数据库主要涵盖冰蓄冷系统应用场所的气象数据库、人群密集程度数据库和冷负荷数据库。具体来说,这三类数据库可以采用如下方式构建,每隔一个小时取一个采样点,记录冰蓄冷系统应用的建筑物周围温度、光照、风力等历史数据,形成气象数据库;每隔一个小时取一个采样点,统计记录供冷区域单位建筑面积的人员数量,形成人群密集程度数据库;每隔一个小时取一个采样点,记录供冷区域冷负荷数据,形成冷负荷数据库。冷负荷预测数据库储存在冰蓄冷系统控制平台的计算机中,由人工智能算法进行调用。根据冰蓄冷系统历史数据,我们可以获取单日中不同时间段内冰蓄冷系统的冷负荷值以及冰蓄冷系统应用场景所在地的单日中不同时间段内电价政策(一般来说,不当地方电价政策不同,电价政策主要表现为在用电高峰时段电价较高,在用电低峰时段电价较低)。为了便于计算,我们可以分别获取单日内每个小时的冰蓄冷系统冷负荷和电价数值,构建冰蓄冷系统的冷负荷与时间的对应关系序列和电价与时间的对应关系系列。
S200:根据冰蓄冷系统的冷负荷与时间的对应关系序列以及电价与时间的对应关系序列计算全部采用机组直接输出冷负荷情况下,每个单位时间段内所需电费sn[t]和单日电费总和SA0,其中式中,ηd为冰蓄冷系统中机组直接供冷能效比。
冰蓄冷系统消耗电能主要包括两个方面,一个方面是机组直接制冷(类似空调),另外一个方面制冰蓄冷。在这里,我们先计算单日全天冷负荷全部由机组直接输出下不同时间段内所需电费,获得每个单位时间段内所需电费sn[t]和单日电费总和SA0。具体来说ηd为冰蓄冷系统中机组直接供冷能效比。由于电能不可能100%转化为(按照现有技术)制冷功率输出,所以需要考虑一个直接供冷能效比。
S300:根据电价与时间的对应关系序列选取不同的冰蓄冷系统制冰时间,根据每个单位时间段内所需电费sn[t],选择不同融冰供冷时间,计算冰蓄冷系统在不同制冰时间和不同融冰供冷时间下单日电费总和大小,并记录下相应的冰蓄冷系统的制冰时间和融冰供冷时间。
从电价与时间的对应关系序列任意选择一个时间点出来,作为冰蓄冷系统制冰时间,查找该时间点对应的电价,从每个单位时间段内所需电费sn[t]任意一个时间点出来,作为冰蓄冷系统融冰供冷时间,计算在这种情况单日电费总和大小,并记录下相应的冰蓄冷系统的制冰时间和融冰供冷时间。迭代计算单日每个时间点分别为冰蓄冷系统制冰时间以及融冰供冷时间情况下的单日电费总和大小(当选择的制冰时间点与融冰供冷时间点相同时,需要考虑机组制冰能效比)。
S400:选取冰蓄冷系统在不同制冰时间和不同融冰供冷时间下单日电费总和中最小值对应的冰蓄冷系统制冰时间和融冰供冷时间,控制冰蓄冷系统。
在步骤S300中迭代计算之后可以获得多个不同冰时间和不同融冰供冷时间下单日电费总和值,从其中选取最小的单日电费总和值,并查找对应的冰蓄冷系统制冰时间和融冰供冷时间,作为冰蓄冷系统制冰时间点和融冰供冷时间点,最大程度减少冰蓄冷系统单日所需电费,实现良好的经济效益。
本发明冰蓄冷系统控制优化方法,根据冰蓄冷系统历史数据,获取单日冷负荷与时间对应关系序列以及电价与时间的对应关系序列,结合冷负荷与时间对应关系以及电价与时间的对应关系,计算在机组直接输出冷负荷下,每个单位时间段内所需电费和单位总电费,计算冰蓄冷系统在不同制冰时间和不同融冰供冷时间下单日电费总和大小,结合冷负荷与时间对应关系以及电价与时间的对应关系,计算冰蓄冷系统在不同制冰时间和不同融冰供冷时间下单日电费总和大小,选取冰蓄冷系统在不同制冰时间和不同融冰供冷时间下单日电费总和中最小值对应的冰蓄冷系统制冰时间和融冰供冷时间,控制冰蓄冷系统。整个过程兼顾了电价、冷负荷、总用电费用之间的关系,能够合理选择出冰蓄冷系统最优制冰蓄冷时间和融冰功能时间,最大程度减少冰蓄冷系统单日所需电费,实现良好的经济效益。
如图2所示,在其中一个实施例中,步骤S300具体包括步骤:
S320:依次选取电价与时间的对应关系序列中电价由小到大顺序对应的时间i为冰蓄冷系统制冰时间,并相应,依次选取单日每个单位时间段内所需电费由大到小顺序对应的时间n为冰蓄冷系统融冰供冷时间;
S340:迭代计算冰蓄冷系统在不同制冰时间i和不同融冰供冷时间n下单日电费总和大小,并记录下相应的冰蓄冷系统的制冰时间和融冰供冷时间。
为了减少计算处理量,在本实施例中,先对序列中的数值进行排序,将序列中电价由小到大顺序排序,对单位时间段内所需电费进行排序,单位时间段内所需电费由大到小顺序排序,在进行第一次计算单日电费总和时,选择电价第一低对应的时间为冰蓄冷系统制冰时间,一一对应,选择单日单位时间段内所需电费中单位时间段内电费第一高对应的时间为冰蓄冷系统融冰供冷时间,进行第一次迭代计算单日电费总和,依次类推。
在其中一个实施例中,所述迭代计算冰蓄冷系统在不同制冰时间i和不同融冰供冷时间n下单日电费总和大小,并记录下相应的冰蓄冷系统的制冰时间和融冰供冷时间具体包括步骤:
判断在融冰供冷时间n时,融冰供冷输出功率是否大于冰蓄冷系统的冷负荷;
当融冰供冷输出功率大于冰蓄冷系统的冷负荷时,继续保持融冰供冷至n+1时,并计算n+1时融冰供冷提供的冷负荷减少的机组直接供冷所需电费,重新计算单日电费总和;
当融冰供冷输出功率不大于冰蓄冷系统的冷负荷时,采用机组直接供冷补充冰蓄冷系统的冷负荷与融冰供冷输出功率差值,并计算本次机组直接供冷所需电费,重新计算单日电费总和;
记录每次迭代计算中相应的冰蓄冷系统的制冰时间和融冰供冷时间。
在本实施例中,判断在融冰供冷时间n时,融冰供冷输出功率是否大于冰蓄冷系统的冷负荷;当融冰供冷输出功率大于冰蓄冷系统的冷负荷时,此时表明冰蓄冷系统之前制冰蓄冷的冷负荷不但能在当前单位时间内满足冰蓄冷系统冷负荷需求,还能继续在接下来的时间点满足并蓄冷系统冷负荷需求,继续保持融冰供冷至n+1时,又由于融冰供冷能够减少在n+1机组直接供冷所需的电费,为了确保计算结果准确,更加符合实际情况,则需计算n+1时融冰供冷提供的冷负荷减少的机组直接供冷所需电费,之后再重新计算单日电费总和;当当融冰供冷输出功率不大于冰蓄冷系统的冷负荷时,表明此时融冰供冷不足以支撑在当前时间段内冰蓄冷系统的冷负荷,即此时需要采用机组直接供冷补充,补偿量为冰蓄冷系统的冷负荷与融冰供冷输出功率差值,由于采用机组直接供冷,机组需要消耗电能,则需要计算本次机组直接供冷所需电费,再重新计算单日电费总和。
为详细解释步骤S300的具体过程,下面将采用一个具体实施例进行说明:
步骤一:对序列中的数值进行排序,将序列中电费由小到大顺序排序,对sn[t]序列中的数值进行排序,sn[t]序列中单位时间段内所需电费由大到小顺序排序。
步骤二:电价第i低的时段以最高制冰蓄冷速率Lfm蓄冷,在机组直接供冷电费第n高的时段采用最高融冰供冷速率Lmm融冰供冷,不足的冷负荷由机组直接供冷补充;若sn[t]时段的冷负荷小于Lmm,则该时段全部采用融冰供冷,令n=n+1,将剩余蓄冰冷量安排在n+1时段,以此类推,直到时段的蓄冰全部用完;记录此时的n值,计算各个工况的冷量序列、新的电费曲线以及总电费SA0。
详细计算公式如下所示,在下述多个公式中,为机组直接供冷,为融冰供冷,制冰蓄冷,Lfm为最高制冰蓄冷速率,Lmm为最高融冰供冷速率,i为冰蓄冷系统制冰时间点,n为冰蓄冷系统融冰供冷时间点,冰蓄冷系统融冰供冷能效比ηm;冰蓄冷系统制冰蓄冷能效比ηf。
(1)第i次蓄冰:
lf[i]=Lfm (1)
(2)若l[n]>Lmm,则:
ld[n]=l[n]-Lmm (2)
lm[n]=Lmm (3)
若l[n]≤Lmm,则:
ld[n]=0 (4)
lm[n]=l[n] (5)
(3)lma=lma+lm[n],
若lma≥Lfm则:
ld[n]=l[n]-lm[n]+lma-Lfm (6)
lm[n]=l[n]-ld[n] (7)
lma=-lm[n] (8)
前往步骤(4);
若lma<Lfm则:n=n+1,返回步骤(2);
(4)新的电费曲线si[t]以及总电费SAi的计算方法如下:
在其中一个实施例中,所述根据冰蓄冷系统历史数据,构建冰蓄冷系统的冷负荷与时间的对应关系序列以及电价与时间的对应关系序列之前还有步骤:
构建冰蓄冷系统应用场所的气象数据库、人群密集程度数据库和冷负荷数据库;
根据冰蓄冷系统应用场所的气象数据库、人群密集程度数据库和冷负荷数据库,生成冰蓄冷系统历史数据库。
冰蓄冷系统历史数据可以是基于冰蓄冷系统历史运行过程中记录的数据,主要包括两个方面冰蓄冷输出的冷负荷、冰蓄冷系统应用环境的相关参数,即包括冰蓄冷系统应用场所的气象数据库、人群密集程度数据库和冷负荷数据库(三大数据库构建过程之前已有描述,在此不再赘述),基于这些数据库,全面准确生成冰蓄冷系统历史数据库。
在其中一个实施例中,步骤S400具体包括步骤:
根据冰蓄冷系统在不同制冰时间和不同融冰供冷时间下单日电费总和,绘制制冰时间、融冰供冷时间以及单日电费总和关系曲线;
根据制冰时间、融冰供冷时间以及单日电费总和关系曲线,查找冰蓄冷系统在不同制冰时间和不同融冰供冷时间下单日电费总和中最小值,并获取相应的冰蓄冷系统制冰时间和融冰供冷时间;
根据获取的冰蓄冷系统制冰时间和融冰供冷时间,控制冰蓄冷系统。
在本实施例采用根据冰蓄冷系统在不同制冰时间和不同融冰供冷时间下单日电费总和,绘制制冰时间、融冰供冷时间以及单日电费总和关系曲线的方式,查找冰蓄冷系统在不同制冰时间和不同融冰供冷时间下单日电费总和中最小值,并获取相应的冰蓄冷系统制冰时间和融冰供冷时间。绘制曲线能够在单个图内清楚、准确体现出不同制冰时间和不同融冰供冷时间下单日电费总和的差异。
为了更进一步详细解释本发明冰蓄冷系统控制优化的技术方案及其带来的效果下面将采用实例进行说明。
下述表1为某地区的峰谷电价曲线,以及位于该地区的一建筑物次日冷负荷预测曲线,具体数据见表1和表2;该冰蓄冷系统制冷机组直接供冷能效比ηd=4.2,融冰供冷能效比ηm=42.5,制冰蓄冷能效比ηf=2.8;最高制冰蓄冷速率Lfm=1600冷吨;最高融冰供冷速率Lmm=1360冷吨。
表1 某地区的峰谷电价表
表2 冰蓄冷系统次日冷负荷预测值
计算过程如下:
步骤一:由冷负荷预测曲线得序列
步骤二:由当地的电价政策,得电价数值序列 以0:00~1:00为第1个时段,以1:00~2:00为第2个时段,以此类推,得到一天24个时段,将序列中的元素p[t]与所对应的时段t组成数组[p[t],t],按p[t]的数值由低到高排序得序列
步骤三:计算当全天采用制冷机组直接供冷时每个时段的电费以及总电费SA0,s0[t]及SA0的计算方法为:
式(11)至(12)包含变量:制冷机组直接供冷能效比ηd;
由计算得: SA0=5980.04;将序列中的元素s0[t]与所对应的时段t组成数组[s0[t],t],按s0[t]的数值由高到低排列得序列
步骤四:定义循环计数变量i=1~24、n=1~24,令初始值i=1,n=1;定义各个工况冷量序列并初始化:机组直接供冷序列为初始值融冰供冷序列为初始值lm[t]=0,t=1~24;制冰蓄冷序列为初始值lf[t]=0,t=1~24;定义融冰供冷量计算变量lma,令初始值lma=0;
步骤五:第i次蓄冰:
lf[pA[i][2]]=Lfm (13),
步骤六:若l[sA[n][2]]>Lmm,则:
ld[sA[n][2]]=l[sA[n][2]]-Lmm (14),
lm[sA[n][2]]=Lmm (15),
若l[sA[n][2]]≤Lmm,则:
ld[sA[n][2]]=0 (16),
lm[sA[n][2]]=l[sA[n][2]] (17),
步骤七:lma=lma+lm[sA[n][2]],
若lma≥Lfm则:
ld[sA[n][2]]=l[sA[n][2]]-lm[sA[n][2]]+lma-Lfm (18),
lm[sA[n][2]]=l[sA[n][2]]-ld[sA[n][2]] (19),
lma=-lm[sA[n][2]] (20),
前往步骤八;
若lma<Lfm则:n=n+1,返回步骤六;
步骤八:新的电费曲线si[t]以及总电费SAi的计算方法如下:
式(21)和式(22)包含变量:冰蓄冷系统融冰供冷能效比ηm;冰蓄冷系统制冰蓄冷能效比ηf;
步骤九:比较SA(i-1)与SAi的大小,若SAi<SA(i-1),令i=i+1,返回步骤五,若SAi>SA(i-1),则结束蓄冷优化计算,取第(i-1)次的计算结果,获得冰蓄冷系统的优化控制曲线。
步骤十:按照步骤五~步骤九计算可得,SA7=4124.34,SA8=4297.71,SA8>SA7蓄冷优化计算结束,取i=7时的计算结果:
SA7=4124.34。
如图3所示,一种冰蓄冷系统控制优化系统,包括:
关系序列建立模块100,用于根据冰蓄冷系统历史数据,构建冰蓄冷系统的冷负荷与时间的对应关系序列以及电价与时间的对应关系序列
费用计算模块200,用于根据冰蓄冷系统的冷负荷与时间的对应关系序列以及电价与时间的对应关系序列计算全部采用机组直接输出冷负荷情况下,每个单位时间段内所需电费sn[t]和单日电费总和SA0,其中 式中,ηd为冰蓄冷系统中机组直接供冷能效比;
时间确定模块300,用于根据电价与时间的对应关系序列选取不同的冰蓄冷系统制冰时间,根据每个单位时间段内所需电费sn[t],选择不同融冰供冷时间,计算冰蓄冷系统在不同制冰时间和不同融冰供冷时间下单日电费总和大小,并记录下相应的冰蓄冷系统的制冰时间和融冰供冷时间;
控制模块400,用于选取冰蓄冷系统在不同制冰时间和不同融冰供冷时间下单日电费总和中最小值对应的冰蓄冷系统制冰时间和融冰供冷时间,控制冰蓄冷系统。
本发明冰蓄冷系统控制优化系统,关系序列建立模块100根据冰蓄冷系统历史数据,获取单日冷负荷与时间对应关系序列以及电价与时间的对应关系序列,费用计算模块200结合冷负荷与时间对应关系以及电价与时间的对应关系,计算在机组直接输出冷负荷下,每个单位时间段内所需电费和单位总电费,时间确定模块300计算冰蓄冷系统在不同制冰时间和不同融冰供冷时间下单日电费总和大小,控制模块400选取冰蓄冷系统在不同制冰时间和不同融冰供冷时间下单日电费总和中最小值对应的冰蓄冷系统制冰时间和融冰供冷时间,控制冰蓄冷系统。整个过程兼顾了电价、冷负荷、总用电费用之间的关系,能够合理选择出冰蓄冷系统最优制冰蓄冷时间和融冰功能时间,最大程度减少冰蓄冷系统单日所需电费,实现良好的经济效益。
如图4所示,在其中一个实施例中,所述时间确定模块300具体包括:
数值选取单元320,用于依次选取电价与时间的对应关系序列中电价由小到大顺序对应的时间i为冰蓄冷系统制冰时间,并相应,依次选取单日每个单位时间段内所需电费由大到小顺序对应的时间n为冰蓄冷系统融冰供冷时间;
迭代计算单元340,用于迭代计算冰蓄冷系统在不同制冰时间i和不同融冰供冷时间n下单日电费总和大小,并记录下相应的冰蓄冷系统的制冰时间和融冰供冷时间。
在其中一个实施例中,所述迭代计算单元340具体包括:
判断单元,用于判断在融冰供冷时间n时,融冰供冷输出功率是否大于冰蓄冷系统的冷负荷;
第一计算单元,用于当融冰供冷输出功率大于冰蓄冷系统的冷负荷时,继续保持融冰供冷至n+1时,并计算n+1时融冰供冷提供的冷负荷减少的机组直接供冷所需电费,重新计算单日电费总和;
第二计算单元,用于当融冰供冷输出功率不大于冰蓄冷系统的冷负荷时,采用机组直接供冷补充冰蓄冷系统的冷负荷与融冰供冷输出功率差值,并计算本次机组直接供冷所需电费,重新计算单日电费总和;
记录单元,用于记录每次迭代计算中相应的冰蓄冷系统的制冰时间和融冰供冷时间。
在其中一个实施例中,所述冰蓄冷系统控制优化系统还包括:
数据库构建模块,用于构建冰蓄冷系统应用场所的气象数据库、人群密集程度数据库和冷负荷数据库;
冰蓄冷系统历史数据库构建模块,用于根据冰蓄冷系统应用场所的气象数据库、人群密集程度数据库和冷负荷数据库,生成冰蓄冷系统历史数据库。
在其中一个实施例中,所述控制模块400具体包括:
曲线绘制单元,用于根据冰蓄冷系统在不同制冰时间和不同融冰供冷时间下单日电费总和,绘制制冰时间、融冰供冷时间以及单日电费总和关系曲线;
查找获取单元,用于根据制冰时间、融冰供冷时间以及单日电费总和关系曲线,查找冰蓄冷系统在不同制冰时间和不同融冰供冷时间下单日电费总和中最小值,并获取相应的冰蓄冷系统制冰时间和融冰供冷时间;
控制单元,用于根据获取的冰蓄冷系统制冰时间和融冰供冷时间,控制冰蓄冷系统。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式,其描述较为具体和详细,但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是,对于本领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干变形和改进,这些都属于本发明的保护范围。因此,本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。