CN110989717A - 一种温度控制系统调控时刻的决策方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本公开提供了一种温度控制系统调控时刻的决策方法系统，通过搭建房屋冷热特性等效模型，确定室外温度、制热量或制冷量与室内温度的耦合关系；基于耦合关系，结合逐时天气预报与实时负荷量计算实时室温；以预设的温度范围为标准，判断实时室温是否在该温度范围内，若室温不在温度范围内，则此时刻开始改变各设备出力计划，使室内温度趋向于所述温度范围。本公开改变现有理论中以经验值为导向将温控设备的优化时间设为定值的现象；防止优化时间无法跟上用户需求或浪费资源的情况出现；根据理论模型使室内温度保持在人体舒适温度范围内；将分时间尺度滚动优化运行策略的说服力进一步提高。

Description

一种温度控制系统调控时刻的决策方法及系统
技术领域
本公开属于环保和能源领域，具体涉及一种温度控制系统调控时刻的决策方法及系统。
背景技术
本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。
当今世界能源短缺与环境污染问题日益严重，我国面临的节能减排形势同样不可小觑，为促进人与环境的和谐发展，需大力推广分布式能源发展。在诸多能分布式能源之中，使用可再生能源的冷热电联供系统备受关注。
现阶段发展较完善的冷热电联供系统优化方法为日前优化，即以确定性的负荷和可再生能源出力为基础设计各设备最优出力计划。但由于可再生能源出力存在预测误差，且用户侧负荷需求具有很强的波动性，日前调度计划往往难以满足日内运行的需要。
同时，由于可再生能源的快速发展，能源多元化和设备创新进一步加剧了能源系统的耦合。考虑到用户侧负荷需求与可再生能源出力具有很强的波动性，且在冷热电联供系统中，电能传输可在瞬时完成，而冷、热等惯性较大的能量，调度存在较大的时间延迟。因此，近年来出现了一些分时间尺度滚动优化运行策略，即充分考虑不同能量子系统的时间尺度和运行特性，实现了不同能源系统控制措施的时间分解和多种能源形式的优化调度，以充分提高系统运行的有效性。
据发明人了解，现有文献中的分时间尺度滚动优化运行策略大都将冷能、热能等非电能的优化时间尺度设为定值(15min至2h不等)，该定值以经验为导向，无法确定最适合的控制周期。并且由于冷能、热能其用能本质是在一段时间内获得或保持一定的温度，即允许温度在一定范围内波动，现有的定值优化法有可能会出现两种情况：1.优化时间尺度过短，在不需要优化的阶段优化，浪费资源；2.优化时间尺度过长，未考虑负荷波动对定值时段内的影响，无法达到用户需求。
发明内容
本公开为了解决上述问题，提出了一种温度控制系统调控时刻的决策方法及系统，本公开能够使温度控制的优化时间随着负荷需求及当前控温情况即时调整，能够在更大程度满足用户需求的基础上，节约部分资源。同时也可防止因负荷侧需求突变而造成的控温不及时。
根据一些实施例，本公开采用如下技术方案：
一种温度控制系统调控时刻的决策方法，包括以下步骤：
搭建房屋冷热特性等效模型，确定室外温度、制热量或制冷量与室内温度的耦合关系；
基于耦合关系，结合逐时天气预报与负荷量计算下一时刻的室温；
以预设的温度范围为标准，判断下一时刻室温是否在该温度范围内，若室温不在温度范围内，则此时刻开始改变各设备出力计划，使室内温度趋向于所述温度范围。
作为进一步的限定，所述温度范围为[18℃,25℃]。
作为进一步的限定，构建房屋冷热特性等效模型，确定室内温度关于制冷量和室外温度的关系：
Figure BDA0002324784890000031
其中，Pc为送入房间冷量的功率(kW)，
Figure BDA0002324784890000032
为常数，T为控制周期，Δt为Pc在控制周期T内实际作用时间，Req表示房屋参数，Mair为房间空气质量，c为空气比热；
Figure BDA0002324784890000033
作为进一步的限定，构建房屋冷热特性等效模型，确定室内温度关于制热量和室外温度的关系：
Figure BDA0002324784890000034
其中，Ph为送入房间热量的功率(kW)，Δt为Ph在控制周期T内实际作用时间。
作为进一步的限定，实时刷新所在区域的天气预报，得到(n+1)T时刻室外温度
Figure BDA0002324784890000035
通过房屋冷热特性等效模型，分析(n+1)T时刻室外温度
Figure BDA0002324784890000036
nT时刻负荷PcΔt或PhΔt与nT时刻室内温度
Figure BDA0002324784890000037
的关系，得到(n+1)T时刻室温
Figure BDA0002324784890000038
作为进一步的限定，具体的调控过程包括：
具体步骤如下：
1)在某控制周期内，分析下一周期室内温度与温度范围的关系；
2)如室内温度在温度范围内，则不对各设备处理计划进行调整，跳转到步骤4)；
3)如室内温度不在温度范围内，在该控制周期结束时开始调整各设备出力计划；
4)进入下一控制周期，跳转到步骤1)。
一种温度控制系统调控时刻的决策系统，包括：
等效模型构建模块，被配置为搭建房屋冷热特性等效模型，确定室外温度、制热量或制冷量与室内温度的耦合关系；
实时温度确定模块，被配置为基于耦合关系，结合逐时天气预报与实时负荷量计算下一时刻室温；
调控模块，被配置为以预设的温度范围为标准，判断下一时刻室温是否在该温度范围内，若室温不在温度范围内，则此时刻开始改变各设备出力计划，使室内温度趋向于所述温度范围。
一种计算机可读存储介质，其中存储有多条指令，所述指令适于由终端设备的处理器加载并执行所述的一种温度控制系统调控时刻的决策方法。
一种终端设备，包括处理器和计算机可读存储介质，处理器用于实现各指令；计算机可读存储介质用于存储多条指令，所述指令适于由处理器加载并执行所述的一种温度控制系统调控时刻的决策方法。
与现有技术相比，本公开的有益效果为：
本公开改变现有理论中以经验值为导向将温控设备的优化时间设为定值的现象；防止优化时间无法跟上用户需求或浪费资源的情况出现；根据理论模型使室内温度保持在人体舒适温度范围内；将分时间尺度滚动优化运行策略的说服力进一步提高。
本公开可以通过实时室温(可以通过温度检测器获得)、下一时刻室外温度和负荷确定下一时刻室温，通过分析下一时刻室温是否在合理温度内，判定是否需要改变各设备出力计划，实现预调整、预判。
附图说明
构成本公开的一部分的说明书附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。
图1是本公开的房屋冷热特性等效模型示意图；
图2是本公开的决策过程流程图。
具体实施方式：
下面结合附图与实施例对本公开作进一步说明。
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本公开提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本公开的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
一种基于房屋冷热特性等效模型的温度控制系统调控时刻的决策方法。首先，搭建房屋冷热特性等效模型，明确室外温度、制热量或制冷量与室内温度的耦合关系。通过这种耦合关系，结合逐时天气预报与实时负荷量计算实时室温。以人体舒适温度范围为标准，判断实时室温是否在人体舒适温度范围内，若室温不在标准内，则此时刻开始改变各设备出力计划。
具体过程包括：
1.确定人体舒适温度范围，明确温度范围Temp
通过中国气象局官方资料显示，当环境温度在18℃到25℃，人体感觉最舒适；在低于18℃的房间里，人体会感觉冷；温度在26℃到30℃，人体感觉热而不闷；温度高于30℃时，人体会感觉闷热。
如果室内温度长时间过高，会影响人的体温调节功能，引起体温升高、血管舒张、脉搏加快、心率加速，人就会神疲力乏、头昏脑涨、思维迟钝、记忆力差。如果室内温度过低，则会使人体代谢功能下降，皮下血管收缩，呼吸道黏膜的抵抗力减弱，容易诱发呼吸系统和循环系统疾病。
因此，温度控制系统最好将用户室内温度维持在18℃到25℃，即温度上限Tempmax＝25℃、温度下限Tempmin＝18℃，温度范围Temp＝[Tempmin,Tempmax]。
2.搭建房屋冷热特性等效模型
以MATLAB中房屋冷热特性等效模型为例(如图1所示)，使用Tout、Troom表示室外、室内温度(℃)；Req表示房屋参数，Mair为房间空气质量，c为空气比热，得到房间温度关于制冷量和室外温度的方程。
Figure BDA0002324784890000071
其中，Pc为送入房间冷量的功率(kW)，
Figure BDA0002324784890000072
为常数，T为控制周期，Δt为Pc在控制周期T内实际作用时间。
Figure BDA0002324784890000073
同理，可以得到房间温度关于制热量和室外温度的方程。
Figure BDA0002324784890000074
其中，Ph为送入房间热量的功率(kW)，Δt为Ph在控制周期T内实际作用时间。
3.通过房屋冷热特性等效模型计算(n+1)T时刻室温
Figure BDA0002324784890000075
提前12小时分析逐时天气预报，并每小时实时刷新，得到(n+1)T时刻室外温度
Figure BDA0002324784890000076
通过房屋冷热特性等效模型，分析(n+1)T时刻室外温度
Figure BDA0002324784890000077
nT时刻负荷PcΔt或PhΔt与nT时刻室内温度
Figure BDA0002324784890000078
的关系，得到(n+1)T时刻室温
Figure BDA0002324784890000079
4.决策温度控制系统调控时刻
具体步骤如图1所示：
1)在该控制周期内，分析
Figure BDA00023247848900000710
与Temp的关系；
2)若
Figure BDA0002324784890000081
在Temp内，则不对各设备处理计划进行调整，跳转到步骤4)；
3)若
Figure BDA0002324784890000082
不在Temp内，在第nT个控制周期结束时开始调整各设备出力计划；
4)进入下一控制周期，跳转到步骤1)。
还提供以下产品实施例：
一种温度控制系统调控时刻的决策系统，包括：
等效模型构建模块，被配置为搭建房屋冷热特性等效模型，确定室外温度、制热量或制冷量与室内温度的耦合关系；
实时温度确定模块，被配置为基于耦合关系，结合逐时天气预报与实时负荷量计算实时室温；
调控模块，被配置为以预设的温度范围为标准，判断实时室温是否在该温度范围内，若室温不在温度范围内，则此时刻开始改变各设备出力计划，使室内温度趋向于所述温度范围。
一种计算机可读存储介质，其中存储有多条指令，所述指令适于由终端设备的处理器加载并执行所述的一种温度控制系统调控时刻的决策方法。
一种终端设备，包括处理器和计算机可读存储介质，处理器用于实现各指令；计算机可读存储介质用于存储多条指令，所述指令适于由处理器加载并执行所述的一种温度控制系统调控时刻的决策方法。
本领域内的技术人员应明白，本公开的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本公开可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本公开可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本公开是参照根据本公开实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上所述仅为本公开的优选实施例而已，并不用于限制本公开，对于本领域的技术人员来说，本公开可以有各种更改和变化。凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。
上述虽然结合附图对本公开的具体实施方式进行了描述，但并非对本公开保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本公开的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本公开的保护范围以内。

Claims (9)

1.一种温度控制系统调控时刻的决策方法，其特征是：包括以下步骤：
搭建房屋冷热特性等效模型，确定室外温度、制热量或制冷量与室内温度的耦合关系；
基于耦合关系，结合逐时天气预报与实时负荷量计算下一时刻的室温；
以预设的温度范围为标准，判断下一时刻室温是否在该温度范围内，若室温不在温度范围内，则此时刻开始改变各设备出力计划，使室内温度趋向于所述温度范围。
2.如权利要求1所述的一种温度控制系统调控时刻的决策方法，其特征是：所述温度范围为[18℃，25℃]。
3.如权利要求1所述的一种温度控制系统调控时刻的决策方法，其特征是：构建房屋冷热特性等效模型，确定室内温度关于制冷量和室外温度的关系：
Figure FDA0002324784880000011
其中，Pc为送入房间冷量的功率(kW)，
Figure FDA0002324784880000012
为常数，T为控制周期，Δt为Pc在控制周期T内实际作用时间，Req表示房屋参数，Mair为房间空气质量，c为空气比热；
Figure FDA0002324784880000013
4.如权利要求1所述的一种温度控制系统调控时刻的决策方法，其特征是：构建房屋冷热特性等效模型，确定室内温度关于制热量和室外温度的关系：
Figure FDA0002324784880000021
其中，Ph为送入房间热量的功率(kW)，Δt为Ph在控制周期T内实际作用时间。
5.如权利要求1所述的一种温度控制系统调控时刻的决策方法，其特征是：实时刷新所在区域的天气预报，得到(n+1)T时刻室外温度
Figure FDA0002324784880000022
通过房屋冷热特性等效模型，分析(n+1)T时刻室外温度
Figure FDA0002324784880000023
nT时刻负荷PcΔt或PhΔt与nT时刻室内温度
Figure FDA0002324784880000024
的关系，得到(n+1)T时刻室温
Figure FDA0002324784880000025
6.如权利要求1所述的一种温度控制系统调控时刻的决策方法，其特征是：具体的调控过程包括：
1)在某控制周期内，分析下一控制周期的室内温度与温度范围的关系；
2)如室内温度在温度范围内，则不对各设备处理计划进行调整，跳转到步骤4)；
3)如室内温度不在温度范围内，在该控制周期结束时开始调整各设备出力计划；
4)进入下一控制周期，跳转到步骤1)。
7.一种温度控制系统调控时刻的决策系统，其特征是：包括：
等效模型构建模块，被配置为搭建房屋冷热特性等效模型，确定室外温度、制热量或制冷量与室内温度的耦合关系；
实时温度确定模块，被配置为基于耦合关系，结合逐时天气预报与实时负荷量计算下一时刻的室温；
调控模块，被配置为以预设的温度范围为标准，判断下一时刻的实时室温是否在该温度范围内，若室温不在温度范围内，则此时刻开始改变各设备出力计划，使室内温度趋向于所述温度范围。
8.一种计算机可读存储介质，其特征是：其中存储有多条指令，所述指令适于由终端设备的处理器加载并执行权利要求1-6中任一项所述的一种温度控制系统调控时刻的决策方法。
9.一种终端设备，其特征是：包括处理器和计算机可读存储介质，处理器用于实现各指令；计算机可读存储介质用于存储多条指令，所述指令适于由处理器加载并执行权利要求1-6中任一项所述的一种温度控制系统调控时刻的决策方法。
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