CN106016605A - 一种基于遗传算法的并联冷却泵控制方法及其装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于遗传算法的并联冷却泵控制方法及其装置，该方法包括以下步骤：计算单个冷却泵的工作效率；统计至少两个以上并联冷却泵的工作效率；根据不同组合方式的工作效率曲线进行比较，获取相应的并联冷却泵的组合方式。该方法及其装置在中央空调系统运行过程中，根据冷却泵在不同水流量下的工作效率的变化，采用基于遗传算法的并联冷却泵控制方法可以更加准确地确定在不同水流量下并联冷却泵的最优组合方式，使并联冷却泵组实时处于能耗最低的状态。本技术方案不仅可以在冷却水循环系统安装前根据冷却泵厂家提供的数据进行预设，还可以通过在运行过程中对其运行数据采集进行实时修正、优化，从而实现对并联冷却泵组的节能效果。

Description

一种基于遗传算法的并联冷却泵控制方法及其装置

技术领域

本发明涉及建筑节能领域中的中央空调节能领域，更具体地说，涉及一种基于遗传算法的并联冷却泵控制方法及其装置。

背景技术

随着社会的发展，人们对建筑舒适性的要求越来越高。据统计，近年来中国的建筑能耗已经占社会总能耗的30％以上。其中，大型建筑的中央空调系统往往占建筑能耗的65％左右。所以，中央空调的节能就成了建筑节能的重中之重。中央空调系统有三个循环：主机循环，冷却水循环和冷冻水循环，且有四个重要耗电设备：空调主机压缩机、冷冻泵、冷却泵、冷却塔。而中央空调的主机控制一般由厂家决定，所以对冷落泵、冷却泵和冷却塔的控制方法就成为了系统节能的关键。

大部分空调系统采用多泵并联的组合，对于可变频的冷冻泵，现阶段采用的普通的控制方法为单纯的加减机控制，即当运行功率大于预设最大功率一段时间后，启动另一个泵；当运行功率小于预设最小功率一段时间后，停止其中一个泵。

这种方法虽然达到了变频节能的目的，但是并不是最优控制方法。中央空调系统的设定是按照建筑最大负荷值所设计的，但全年满负荷运行时间不足全年空调运行时间的5％。长期的单泵运行将会减少泵的寿命，从而影响到建筑中央空调系统的能效比。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述单纯的加减机控制方法会使泵的寿命减少并影响建筑中央空调系统的能效比的缺陷，提供一种基于遗传算法的并联冷却泵控制方法及其装置。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种基于遗传算法的并联冷却泵控制方法，包括以下步骤：

S1：计算单个冷却泵的工作效率；

S2：统计至少两个以上并联冷却泵的工作效率；

S3：根据不同组合方式的工作效率曲线进行比较，获取相应的并联冷却泵的组合方式。

优选地，所述步骤S1包括以下步骤：

S10：保持单个冷却泵定频，其他冷却泵关闭；

S11：调节冷却水循环中管路的阀门，采集当前的水流量；

S12：基于所述步骤S11采集的水流量，根据工作效率公式计算单个冷却泵与所述当前的水流量对应的工作效率并保存；

S13：调节冷却水循环中管路的阀门，使其处于不同的开度，测量对应开度的水流量并计算单个冷却泵在不同水流量下的工作效率并保存相应的工作效率数据；

S14：根据所述步骤S11-S13得到的工作效率数据获取相应的工作效率曲线。

优选地，所述步骤S12中的冷却泵的工作效率公式为：

η＝ρgQ H/P_in

其中：

η：冷却泵的工作效率，％

ρ：水的密度，㎏/m³

g：重力加速度，m/s²

Q：水流量，m³/s

H：冷却泵扬程，m

P_in：冷却泵的输入电功率，w

优选地，所述步骤S14包括：

将所述工作效率数据建立数学模型，且应用遗传算法对所述数学模型进行计算验证，获取单个冷却泵在不同水流量下的工作效率曲线。

优选地，所述步骤S2包括以下步骤：

S20：保持两个以上冷却泵并联，同时处于相同定频，其他冷却泵关闭；

S21：根据所述步骤S11-S13的原理计算两个以上并联冷却泵的工作效率并保存对应的工作效率数据；

S22：根据所述步骤S21获取的工作效率数据建立相应的数学模型，并基于遗传算法算出两个以上并联冷却泵在不同水流量下的工作效率曲线。

优选地，所述步骤S3包括以下步骤：

比较不同组合方式的并联冷却泵在不同水流量下的工作效率曲线，获取与高工作效率相对应的并联冷却泵的组合方式。

本发明还提供一种基于遗传算法的并联冷却泵控制装置，包括：

计算模块，用于计算单个冷却泵的工作效率；

统计模块，用于统计至少两个以上并联冷却泵的工作效率；

比较模块，用于根据不同组合方式的工作效率曲线进行比较，获取相应的并联冷却泵的组合方式。

实施本发明基于遗传算法的并联冷却泵控制方法及其装置，具有以下有益效果：中央空调系统运行过程中，根据冷却泵在不同水流量下的工作效率的变化，采用基于遗传算法的并联冷却泵控制方法可以更加准确地确定在不同水流量下并联冷却泵的最优组合方式，使并联冷却泵组实时处于能耗最低的状态；并且遗传算法对复杂函数进行计算时更加迅速，可快速调节并联冷却泵组的组合情况。另外，本技术方案不仅可以在冷却水循环系统安装前根据冷却泵厂家提供的数据进行预设，同时还可以通过在运行过程中对其运行数据采集进行实时修正、优化，从而实现对并联冷却泵组的节能效果。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明基于遗传算法的并联冷却泵控制方法一实施例的流程示意图；

图2是本发明基于遗传算法的并联冷却泵控制方法一实施例在某一流量下的性能曲线示意图；

图3是本发明基于遗传算法的并联冷却泵控制方法一实施例在不同流量下的性能曲线示意图；

图4是本发明基于遗传算法的并联冷却泵控制方法另一实施例在不同流量下的性能曲线示意图。

具体实施方式

如图1所示，为本发明一实施例的流程示意图，在图1示出的本发明的基于遗传算法的并联冷却泵控制方法一实施例的流程示意图中，该基于遗传算法的并联冷却泵控制方法包括以下步骤：

S1：计算单个冷却泵的工作效率；具体地，步骤S1包括以下步骤：

S10：保持单个冷却泵定频(即对单个冷却泵的工作频率进行设置，使其保持在某一固定频率，如30Hz,40Hz等，具体的工作频率根据需求选择)，其他冷却泵关闭，即先设置冷却泵组的一种工作模式，在该工作模式下，只有一个冷却泵工作，其他冷却泵处于关闭状态。

S11：调节冷却水循环中管路的阀门，采集当前的水流量；具体地，调节冷却水循环，使管路中阀门处于某一开度，这里所说的开度，指的是阀门开启的大小，不同的开度，冷却水循环中管路的流量不同，同时冷却泵也有与所设定的开度对应的扬程；当使管路中阀门处于某一开度时，待管路中水流量稳定后，测量并记录该时刻冷却水循环中管路的流量。

S12：基于步骤S11采集的水流量，且根据冷却泵的工作效率公式计算单个冷却泵与当前的水流量对应的工作效率并保存；具体地，根据步骤S11记录的该时刻的水流量，并利用冷却泵的工作效率公式计算单个冷却泵在该流量下的工作效率，该工作效率公式为：

η＝ρgQ H/P_in

其中：

η：冷却泵的工作效率，％

ρ：水的密度，㎏/m³

g：重力加速度，m/s²

Q：水流量，m³/s

H：冷却泵扬程，m

P_in：冷却泵的输入电功率，w

S13：调节冷却水循环中管路的阀门，使阀门处于不同的开度，并测量记录与各个开度对应的流量，同时根据记录的流量计算在不同流量下单个冷却泵与流量相对应的工作效率，可以理解地，当冷却水循环中管路的阀门开度为A1，则对应的冷却泵扬程为H1，待流量稳定后，测得该时刻的流量Q1，则根据冷却泵的工作效率计算公式，可以算得此时单个冷却泵在流量Q1下的工作效率为η1，同理，当阀门开度为A2时，可算得冷却泵在此开度下的对应的流量的工作效率为η2。换句话说，调节冷却水循环中管路的阀门开度可调整水流量的大小，从而获得不同的水流量，并计算出与水流量对应的冷却泵的工作效率。

S14：根据步骤S11-S13得到工作效率数据获取相应的效率曲线。具体地，将记录的冷却泵的工作效率数据建立数学模型，并应用遗传算法对数学模型进行计算验证，并根据计算验证结果得到单个冷却泵在不同水流量下的工作效率曲线。

S2：统计至少两个以上并联冷却泵的工作效率；具体地，步骤S2包括以下步骤：

S20：保持两个以上冷却泵并联，同时处于相同定频，其他冷却泵关闭；可以理解地，保持并联冷却泵的频率相同时可以使并联冷却泵组运行更稳定，当并联冷却泵组各个冷却泵在运行过程中所设定的频率不相同，则会导致并联冷却泵组运行不稳定的现象，所以，通常并联冷却泵组的频率保持相同。同时，由于冷却泵的工作效率与冷却泵的频率无关，所以通常保持某个频率不变，得到该频率下的效率曲线，同理可以得到其他频率时的效率曲线(即不同频率的效率曲线相同)。

S21：根据步骤S11-S13的原理计算两个以上并联冷却泵的工作效率并保存对应的工作效率数据；即重复步骤S11-S13，计算两个以上并联冷却泵在不同流量下的工作效率。

S22：根据步骤S21获取的工作效率数据建立相应的数学模型，并基于遗传算法算出两个以上并联冷却泵在不同水流量下的工作效率曲线，即将记录的并联冷却泵组的工作效率数据建立数学模型，并应用遗传算法对数学模型进行计算验证，根据计算验证结果得到两个以上冷却泵在不同水流量下的工作效率曲线。可以理解地，遗传算法(Genetic Algorithm)是一类借鉴生物界的进化规律(适者生存，优胜劣汰遗传机制)演化而来的随机化搜索方法。其主要特点是直接对结构对象进行操作，不存在求导和函数连续性的限定；具有内在的隐并行性和更好的全局寻优能力；采用概率化的寻优方法，能自动获取和指导优化的搜索空间，自适应地调整搜索方向，不需要确定的规则。因此，采用遗传算法可以更加迅速地计算出并联冷却泵在不同水流量下的工作效率曲线，可快速调节泵组的组合情况。

S3：比较不同组合方式的并联冷却泵在不同水流量下的工作效率曲线，获取相应的并联冷却泵的组合方式；具体地，通过使用遗传算法得出的不同组合方式的工作效率曲线的计算可以得出N条(N为并联冷却泵组合方式的数量)工作效率曲线的交点，根据该交点判断哪种冷却泵的组合方式的工作效率高，并根据判断结果选择工作效率高的组合方式。

如图2所示，在图2中示出了单个冷却泵在某一时刻流量下的工作效率。

在图3中示出了基于遗传算法的并联冷却泵控制方法一实施例的工作效率性能曲线图，即采用单个冷却泵时，单个冷却泵在不同流量下的工作效率曲线。

图4示出了单个冷却泵的组合方式与两个冷却泵并联的组合方式在不同流量下的工作效率的性能曲线，如图4所示，通过对使用遗传算法得出的两种组合(单个冷却泵运行的组合方式和两个冷却泵并联同时运行的组合方式)方式的工作效率曲线的计算，可以得出两条工作效率曲线的交点，该交点即作为选择两种组合方式中其中的一种组合方式的判断依据。如图4所示，图4为两种组合方式的工作效率性能曲线图，两个种组合方式的工作效率曲线的交点为30m³/h，从图中可以看出，当冷却水循环管路中的水流量小于30m³/h时，单个水泵的运行工作效率较高，此时可以建议采用单个冷却泵的组合方式；而当冷却水循环管路中的水流量大于30m³/h时，采用两个冷却泵并联的组合方式运行的工作效率较高，此时建议采用两个冷却泵并联的组合方式。以此类推，可以得到在不同流量时下并联冷却泵的最佳组合方式。

以上实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据此实施，并不能限制本发明的保护范围。凡跟本发明权利要求范围所做的均等变化与修饰，均应属于本发明权利要求的涵盖范围。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (7)

1.一种基于遗传算法的并联冷却泵控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：计算单个冷却泵的工作效率；

S2：统计至少两个以上并联冷却泵的工作效率；

S3：根据不同组合方式的工作效率曲线进行比较，获取相应的并联冷却泵的组合方式。

2.根据权利要求1所述的基于遗传算法的并联冷却泵控制方法，其特征在于，所述步骤S1包括以下步骤：

S10：保持单个冷却泵定频，其他冷却泵关闭；

S11：调节冷却水循环中管路的阀门，采集当前的水流量；

S12：基于所述步骤S11采集的水流量，根据工作效率公式计算单个冷却泵与所述当前的水流量对应的工作效率并保存；

S13：调节冷却水循环中管路的阀门，使其处于不同的开度，测量对应开度的水流量并计算单个冷却泵在不同水流量下的工作效率并保存相应的工作效率数据；

S14：根据所述步骤S11-S13得到的工作效率数据获取相应的工作效率曲线。

3.根据权利要求2所述的基于遗传算法的并联冷却泵控制方法，其特征在于，所述步骤S12中的工作效率公式为：

η＝ρgQ H/P_in

其中：

η：冷却泵的工作效率，％

ρ：水的密度，㎏/m³

g：重力加速度，m/s²

Q：水流量，m³/s

H：冷却泵扬程，m

P_in：冷却泵的输入电功率，w。

4.根据权利要求3所述的基于遗传算法的并联冷却泵控制方法，其特征在于，所述步骤S14包括：

将所述工作效率数据建立数学模型，且应用遗传算法对所述数学模型进行计算验证，获取单个冷却泵在不同水流量下的工作效率曲线。

5.根据权利要求4所述的基于遗传算法的并联冷却泵控制方法，其特征在于，所述步骤S2包括以下步骤：

S20：保持两个以上冷却泵并联，同时处于相同定频，其他冷却泵关闭；

S21：根据所述步骤S11-S13的原理计算两个以上并联冷却泵的工作效率并保存对应的工作效率数据；

S22：根据所述步骤S21获取的工作效率数据建立相应的数学模型，并基于遗传算法算出两个以上并联冷却泵在不同水流量下的工作效率曲线。

6.根据权利要求5所述的基于遗传算法的并联冷却泵控制方法，其特征在于，所述步骤S3包括以下步骤：

比较不同组合方式的并联冷却泵在不同水流量下的工作效率曲线，获取与高工作效率相对应的并联冷却泵的组合方式。

7.一种基于遗传算法的并联冷却泵控制装置，其特征在于，包括：

计算模块，用于计算单个冷却泵的工作效率；

统计模块，用于统计至少两个以上并联冷却泵的工作效率；

比较模块，用于根据不同组合方式的工作效率曲线进行比较，获取相应的并联冷却泵的组合方式。