CN114183809A - 太阳能-地源热泵供热系统模糊控制方法以及装置 - Google Patents
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Abstract
本公开是关于一种部分变频率的太阳能‑地源热泵供热系统模糊控制方法、装置、电子设备以及存储介质。其中，该方法包括：建立太阳能‑地源热泵供热系统数学模型，并确定输入变量、输出变量；分别将所述输入变量、输出变量进行模糊化处理，生成对应模糊集；基于所述模糊集生成模糊控制规则，实现对所述太阳能‑地源热泵供热系统的部分变频率模糊控制。本公开通过建立太阳能‑地源热泵供热系统的数学模型并设计出相应的模糊控制策略，实现了太阳能‑地源热泵供热系统的部分变频控制。系统在相同工况下，部分变频系统的能耗降低，性能系数提高。
Description
技术领域
本公开涉及新能源领域，具体而言，涉及一种部分变频率的太阳能-地源热泵供热系统模糊控制方法、装置、电子设备以及计算机可读存储介质。
背景技术
现阶段建筑能耗在逐年升高，其中建筑的供暖与供冷耗能最多，占建筑总能耗的55％，相比于上世纪建筑能耗在能源总比例从10％上升到了46％，因此降低建筑能耗是近年来所需要解决的问题。十四五强调“清洁低碳、安全高效”的现代能源体系，加快实现能源转型，加强“风、光、水、火、储”相互结合相互补充以曾强能源的利用率问题，解决可再生能源消纳困难的问题，降低能耗、用能成本，因此加强太阳能和地源热泵技术在建筑中应用成为现今供冷与供暖的主要流行方式。太阳能是一种取之不尽用之不竭的自然资源，清洁可再生，收集方便；作为单一能源，缺点十分明显，不仅可持续性较短而且受天气季节影响因素较大；而地源热泵在输入少量的高品位能源之后就可将能量从低温热源向高温热源转移，来实现供冷或供暖，不仅稳定性好、节能高效、使用寿命长，还可一机多用、环保可再生。但相应的其十分受场限制，没有足够的场地想要实现能量交换很是困难，此外最大的问题就是无法解决‘土壤热不平衡’的问题，由于在使用地源热泵过程中会从土壤中吸收或放出大量的热，会造成地埋管周围土壤温度失衡，影响生态，影响换热量从降低系统性能。因此将太阳能与地源热泵联合应用进行供暖，可以相互解决彼此的不足，并且充分发挥彼此的优势。
许多学者在研究太阳能-地源热泵联合供热系统时，大多都侧重于改善系统性能以及如何组合的；而从改变系统控制策略与系统部件使用方面进而改善系统性能、降低系统能耗上研究甚少。由于太阳能-地源热泵联合供热系统为大滞后系统，现有技术的太阳能-地源热泵联合供热系统多采用定频控制方式，综合能耗较高。
因此，需要一种或多种方法解决上述问题。
需要说明的是，在上述背景技术部分公开的信息仅用于加强对本公开的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。
发明内容
本公开的目的在于提供一种部分变频率的太阳能-地源热泵供热系统模糊控制方法、装置、电子设备以及计算机可读存储介质，进而至少在一定程度上克服由于相关技术的限制和缺陷而导致的一个或者多个问题。
根据本公开的一个方面，提供一种部分变频率的太阳能-地源热泵供热系统模糊控制方法，包括：
基于太阳能-地源热泵供热系统，分别建立所述太阳能-地源热泵供热系统中太阳能集热器、分层蓄热水箱、水泵、合流三通阀、流量分配器、热泵、加热器的数学模型；
基于所述数学模型确立所述太阳能-地源热泵供热系统的子系统，分析所述太阳能-地源热泵供热系统的子系统的逻辑结构，确定所述太阳能-地源热泵供热系统的输入变量为温度设定值、太阳能集热器出口温度，输出变量为水泵控制信号；
分别将所述温度设定值、太阳能集热器出口温度的输入变量、水泵控制信号的输出变量进行模糊化处理，生成温度设定值模糊集、太阳能集热器出口温度模糊集、水泵控制信号模糊集；
基于所述温度设定值模糊集、太阳能集热器出口温度模糊集、水泵控制信号模糊集生成模糊控制规则，实现对所述太阳能-地源热泵供热系统的部分变频率模糊控制。
在本公开的一种示例性实施例中，所述基于所述数学模型确立所述太阳能-地源热泵供热系统的子系统包括：
太阳能供热子系统，包括太阳能集热器、蓄热水箱、水泵，控制信号为太阳能集热器出口温度及蓄热水箱传热工质出口温度；
地源热泵供热子系统,包括热泵、U型地埋管、水泵、蓄热水箱，控制信号为蓄热水箱传热工质出口温度及蓄热水箱换热工质温度；
加热器供热子系统，包括蓄热水箱、水泵、辅助加热设备，控制信号为蓄热水箱换热工质温度以及温度设定值；
工作区域循环供热子系统，包括蓄热水箱、水泵、工作区域，控制信号包括温度设定值及水泵控制信号。
在本公开的一种示例性实施例中，所述方法中将所述温度设定值模糊化处理生成温度设定值模糊集还包括：
基于三角形隶属函数对所述温度设定值进行模糊化处理，生成3个模糊集：SD(温度低)，MD(温度适中)，LD(温度高)，取值范围为[65,80],隶属度函数如下：
其中，x为温度设定值。
在本公开的一种示例性实施例中，所述方法中将所述太阳能集热器出口温度模糊化处理生成太阳能集热器出口温度模糊集还包括：
基于三角形隶属函数对所述太阳能集热器出口温度进行模糊化处理，生成3个模糊集：NG(低温)，MG(中温)，LG(高温)，取值范围[-5,95]，隶属函数如下：
其中，y为太阳能集热器出口温度。
在本公开的一种示例性实施例中，所述方法中将所述水泵控制信号模糊化处理生成水泵控制信号模糊集还包括：
基于三角形隶属函数对所述水泵控制信号进行模糊化处理，生成5个模糊集：VS(很小)，S(小)，M(中等)，L(大)，VL(很大)，取值范围[0,1]，隶属度函数如下：
其中，z为水泵控制信号。
在本公开的一种示例性实施例中，所述方法中基于所述温度设定值模糊集、太阳能集热器出口温度模糊集、水泵控制信号模糊集生成的模糊控制规则为：
当输入变量温度设定值所属温度设定值模糊集为SD(温度低)、太阳能集热器出口温度所属太阳能集热器出口温度模糊集为NG(低温)时，输出变量水泵控制信号应用的水泵控制信号模糊集为VS(很小)；
当输入变量温度设定值所属温度设定值模糊集为MD(温度适中)、太阳能集热器出口温度所属太阳能集热器出口温度模糊集为MG(中温)时，输出变量水泵控制信号应用的水泵控制信号模糊集为M(中等)；
当输入变量温度设定值所属温度设定值模糊集为LD(温度高)太阳能集热器出口温度所属太阳能集热器出口温度模糊集为LG(高温)时，输出变量水泵控制信号应用的水泵控制信号模糊集为L(大)；
当输入变量温度设定值所属温度设定值模糊集为SD(温度低)、太阳能集热器出口温度所属太阳能集热器出口温度模糊集为NG(低温)时，输出变量水泵控制信号应用的水泵控制信号模糊集为S(小)；
当输入变量温度设定值所属温度设定值模糊集为MD(温度适中)、太阳能集热器出口温度所属太阳能集热器出口温度模糊集为MG(中温)时，输出变量水泵控制信号应用的水泵控制信号模糊集为M(中等)；
当输入变量温度设定值所属温度设定值模糊集为LD(温度高)、太阳能集热器出口温度所属太阳能集热器出口温度模糊集为LG(高温)时，输出变量水泵控制信号应用的水泵控制信号模糊集为L(大)；
当输入变量温度设定值所属温度设定值模糊集为SD(温度低)、太阳能集热器出口温度所属太阳能集热器出口温度模糊集为NG(低温)时，输出变量水泵控制信号应用的水泵控制信号模糊集为M(中等)；
当输入变量温度设定值所属温度设定值模糊集为MD(温度适中)、太阳能集热器出口温度所属太阳能集热器出口温度模糊集为MG(中温)时，输出变量水泵控制信号应用的水泵控制信号模糊集为L(大)；
当输入变量温度设定值所属温度设定值模糊集为LD(温度高)、太阳能集热器出口温度所属太阳能集热器出口温度模糊集为LG(高温)时，输出变量水泵控制信号应用的水泵控制信号模糊集为VL(很大)。
在本公开的一个方面，提供一种部分变频率的太阳能-地源热泵供热系统模糊控制装置，包括：
数学模型建立模块，用于基于太阳能-地源热泵供热系统，分别建立所述太阳能-地源热泵供热系统中太阳能集热器、分层蓄热水箱、水泵、合流三通阀、流量分配器、热泵、加热器的数学模型；
变量确定模块，基于所述数学模型确立所述太阳能-地源热泵供热系统的子系统，分析所述太阳能-地源热泵供热系统的子系统的逻辑结构，确定所述太阳能-地源热泵供热系统的输入变量为温度设定值、太阳能集热器出口温度，输出变量为水泵控制信号；
模糊集生成模块，分别将所述温度设定值、太阳能集热器出口温度的输入变量、水泵控制信号的输出变量进行模糊化处理，生成温度设定值模糊集、太阳能集热器出口温度模糊集、水泵控制信号模糊集；
模糊控制模块，基于所述温度设定值模糊集、太阳能集热器出口温度模糊集、水泵控制信号模糊集生成模糊控制规则，实现对所述太阳能-地源热泵供热系统的部分变频率模糊控制。
在本公开的一个方面，提供一种电子设备，包括：
处理器；以及
存储器，所述存储器上存储有计算机可读指令，所述计算机可读指令被所述处理器执行时实现根据上述任意一项所述的方法。
在本公开的一个方面，提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现根据上述任意一项所述的方法。
本公开的示例性实施例中的部分变频率的太阳能-地源热泵供热系统模糊控制方法，该方法包括：建立太阳能-地源热泵供热系统数学模型，并确定输入变量、输出变量；分别将所述输入变量、输出变量进行模糊化处理，生成对应模糊集；基于所述模糊集生成模糊控制规则，实现对所述太阳能-地源热泵供热系统的部分变频率模糊控制。本公开通过建立太阳能-地源热泵供热系统的数学模型并设计出相应的模糊控制策略，实现了太阳能-地源热泵供热系统的部分变频控制。系统在相同工况下，部分变频系统的能耗降低，性能系数提高。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。
附图说明
通过参照附图来详细描述其示例实施例，本公开的上述和其它特征及优点将变得更加明显。
图1示出了根据本公开一示例性实施例的部分变频率的太阳能-地源热泵供热系统模糊控制方法的流程图；
图2A-2D示出了根据本公开一示例性实施例的部分变频率的太阳能-地源热泵供热系统各子系统逻辑图；
图3示出了根据本公开一示例性实施例的部分变频率的太阳能-地源热泵供热系统模糊控制方法的工作区域供热系统整体控制示意图；
图4示出了根据本公开一示例性实施例的部分变频率的太阳能-地源热泵供热系统模糊控制装置的示意框图；
图5示意性示出了根据本公开一示例性实施例的电子设备的框图；以及
图6示意性示出了根据本公开一示例性实施例的计算机可读存储介质的示意图。
具体实施方式
现在将参考附图更全面地描述示例实施例。然而，示例实施例能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施例；相反，提供这些实施例使得本公开将全面和完整，并将示例实施例的构思全面地传达给本领域的技术人员。在图中相同的附图标记表示相同或类似的部分，因而将省略对它们的重复描述。
此外，所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施例中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本公开的实施例的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本公开的技术方案而没有所述特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方法、组元、材料、装置、步骤等。在其它情况下，不详细示出或描述公知结构、方法、装置、实现、材料或者操作以避免模糊本公开的各方面。
附图中所示的方框图仅仅是功能实体，不一定必须与物理上独立的实体相对应。即，可以采用软件形式来实现这些功能实体，或在一个或多个软件硬化的模块中实现这些功能实体或功能实体的一部分，或在不同网络和/或处理器装置和/或微控制器装置中实现这些功能实体。
在本示例实施例中，首先提供了一种部分变频率的太阳能-地源热泵供热系统模糊控制方法；参考图1中所示，该部分变频率的太阳能-地源热泵供热系统模糊控制方法可以包括以下步骤：
步骤S110，基于太阳能-地源热泵供热系统，分别建立所述太阳能-地源热泵供热系统中太阳能集热器、分层蓄热水箱、水泵、合流三通阀、流量分配器、热泵、加热器的数学模型；
步骤S120，基于所述数学模型确立所述太阳能-地源热泵供热系统的子系统，分析所述太阳能-地源热泵供热系统的子系统的逻辑结构，确定所述太阳能-地源热泵供热系统的输入变量为温度设定值、太阳能集热器出口温度，输出变量为水泵控制信号；
步骤S130，分别将所述温度设定值、太阳能集热器出口温度的输入变量、水泵控制信号的输出变量进行模糊化处理，生成温度设定值模糊集、太阳能集热器出口温度模糊集、水泵控制信号模糊集；
步骤S140，基于所述温度设定值模糊集、太阳能集热器出口温度模糊集、水泵控制信号模糊集生成模糊控制规则，实现对所述太阳能-地源热泵供热系统的部分变频率模糊控制。
本公开的示例性实施例中的部分变频率的太阳能-地源热泵供热系统模糊控制方法，该方法包括：建立太阳能-地源热泵供热系统数学模型，并确定输入变量、输出变量；分别将所述输入变量、输出变量进行模糊化处理，生成对应模糊集；基于所述模糊集生成模糊控制规则，实现对所述太阳能-地源热泵供热系统的部分变频率模糊控制。本公开通过建立太阳能-地源热泵供热系统的数学模型并设计出相应的模糊控制策略，实现了太阳能-地源热泵供热系统的部分变频控制。系统在相同工况下，部分变频系统的能耗降低，性能系数提高。
下面，将对本示例实施例中的部分变频率的太阳能-地源热泵供热系统模糊控制方法进行进一步的说明。
在步骤S110中，可以基于太阳能-地源热泵供热系统，分别建立所述太阳能-地源热泵供热系统中太阳能集热器、分层蓄热水箱、水泵、合流三通阀、流量分配器、热泵、加热器的数学模型。
在本示例的实施例中，构建工作区域供热系统各部分数学模型：
1)太阳能集热器数学模型
太阳能集热器是一种收集光辐射能量进而将其转换成热能的一种能量收集装置，如果按照太阳能集热器内部是否有真空空间形式分类，主要分为真空管型太阳能集热器及平板型太阳能集热器两大类，其都是在热力学第一定律的基础之上，将集热效率作为评定太阳能集热器性能的重要指标，效率如下表示：
式中：HT为太阳辐射通量，W/m2；Tp为太阳能集热器平均温度，℃；Ta为环境温度，℃；UL为散热损失系数，W/(m2·℃)；α为吸热板对太阳辐射的吸收率；τ为吸热板对太阳辐射的透光率；F为集热效率因数；ηc为太阳能集热器热效率。
太阳能集热系统稳态模型表示为：
P＝ηcNAcHT＝M0cw(Ti-To) (2)
式中：P为太阳能集热器输出功率，W；ηc为太阳能集热器热效率；N为太阳能集热器运行数量；Ac为集热面积，m2；M0为集热系统内的水流量，kg/s；cw为水的比热容，kJ/(kg·℃)；Ti和To分别为蓄热水箱的进水温度和出水温度，℃。
2)分层蓄热水箱数学模型
分层蓄热水箱是一种既可以储存多余热量又可以使供热侧及负荷侧工质温度在合理范围的储热装置；而依据传热工质的不同，蓄热水箱有显热储热、相变储热、化学储热3种储热方式，最常见的传热工质是水，由于热压差的作用使得高温低密度水上升，低温高密度水下降，此时在蓄热水箱中出现上层温度高，下层温度低的分层现象，这有利于改善系统的供热性能，提高热利用率，若蓄热水箱内部传热工质混合均匀，则其能量平衡方程为：
式中，Qu为太阳能集热器供热量，kW；Qr为供给负荷侧的能量，kW；Ts为蓄热水箱均温，℃；M为蓄热水质量，kg；Cp为水的定压比热容，kJ/(kg·℃)；U为水箱平均热损失系数，W/(m2·K)；A为水箱外表面积，m2。其中，Qu-Qr为太阳能集热器供给水箱的热量；(UA)s(Ts-Ta)为蓄热水箱热损失。
3)水泵数学模型
水泵在暖通空调当中是必不可少的一类循环设备，其主要是通过接收控制器的控制信号，判断及调节自身的转速，进而调控输出流量，从而满足负荷需求的变化。水泵可依据频率分为定频率水泵和变频率水泵两种，定频率水泵转速固定、耗能大、对能源有较大的影响；变频水泵转速可依据负荷来调控，转速可变，耗能低，是当今时代工农业领域用于循环系统设备主要趋势。
电动机转速：
式中：n为水泵电动机转速(r/min)；s为电动机运行的转差率；f为交流电的频率Hz；p电动机的极对数。
变频水泵在运行过程中的功率、流量、扬程与转速之间的关系为：
式中：P为水泵功率，kW；n为水泵电动机转速，(r/min)；h为水泵扬程；q为流量，kg/h。
变频水泵有效功率方程：
式中：Pe为变频水泵的有效功率，kW；ρ为传热工质的流体密度，kg/m3；g为重力加速度，m/s2。
变频水泵耗能方程：
式中：f0为电源工频频率，Hz；Pn为变频器功率，kW。
4)合流三通阀数学模型
合流三通阀是一种具有截止、调节、导流、防止逆流、稳压及合流等功能的温度调节的阀门，其有2个进口1个出口，可以将冷工质及热工质进行混合从而输出，得到满足负荷需求温度的重要部件。
流量与温度之间关系方程：
式中：T为工质温度，℃；
为传热工质质量流量，kg/h；fv为传热工质流速，m/s。
5)流量分配器
流量分配器是一种将入口传热工质，在通过改变阀门开度，改变出口传热工质流量，从而满足负荷需求温度的重要部件。
T1，2＝Ti (13)
fv1，2＝fvi (15)
式中：i为流量分配器进口；1，2为流量分配器出口管口；rf为分配系数。
6)地埋管数学模型
式中：x为地埋管轴向距离，m；t为时间，s；pg为地埋管横断面周长，m；hw为流体与管壁的对流换热系数，W/(m2·K)；ρw为流体密度，kg/m3；Ag为地埋管的横截面积，m2；cw为流体的定压比热，kJ/(kg·K)；T为温度，K。
7)热泵数学模型
Qabsorption＝Qheat-Pcomp (19)
式中：hout为冷凝器出口焓，kJ/h；hin为冷凝器入口焓值，kJ/h；Qabsorption为热泵所吸收的能量，kJ/h；Qheat为热泵总加热功率，kJ/h；Pcomp为压缩机功率，kJ/h；COP为设备性系数。
8)加热器数学模型
Qneed＝mfluidCpfluid(Tset-Tin) (21)
式中：Cpfluid为液体流的比热，kJ/(kg·K)；Qneed将液体从进入状态加热到设定值温度所需要的能量，kJ/h；Qmax为设备容量，kJ/h；mfluid液体流经加热器的质量流量，kg/h；Tin为进入加热器的液体的温度，℃；Tout为流出加热器的液体的温度，℃；Tset为加热器设定点温度，℃。
在步骤S120中，可以基于所述数学模型确立所述太阳能-地源热泵供热系统的子系统，分析所述太阳能-地源热泵供热系统的子系统的逻辑结构，确定所述太阳能-地源热泵供热系统的输入变量为温度设定值、太阳能集热器出口温度，输出变量为水泵控制信号。
在本示例的实施例中，所述基于所述数学模型确立所述太阳能-地源热泵供热系统的子系统包括：
太阳能供热子系统，包括太阳能集热器、蓄热水箱、水泵，控制信号为太阳能集热器出口温度及蓄热水箱传热工质出口温度；
地源热泵供热子系统，包括热泵、U型地埋管、水泵、蓄热水箱，控制信号为蓄热水箱传热工质出口温度及蓄热水箱换热工质温度；
加热器供热子系统，包括蓄热水箱、水泵、辅助加热设备，控制信号为蓄热水箱换热工质温度以及温度设定值；
工作区域循环供热子系统，包括蓄热水箱、水泵、工作区域，控制信号包括温度设定值及水泵控制信号。
在本示例的实施例中，工作区域供热系统主要由4部分组成：分别是太阳能供热系统、地源热泵供热系统、加热器供热系统及楼宇循环供热系统。
1)太阳能供热系统
图2A为太阳能供热系统逻辑拓扑，主要组成为太阳能集热器、蓄热水箱、水泵。控制器采集的是太阳能集热器传热工质出口温度及蓄热水箱传热工质出口温度2种数据，并进行逻辑差值计算，得出的0/1信号控制水泵的起停，从而使得传热工质在此系统中进行循环供热。
2)地源热泵供热系统
图2B为地源热泵供热系统逻辑拓扑，主要组成为热泵、U型地埋管、水泵、蓄热水箱。控制器的输入分别有2种数据，即传热工质温度及期望温度，经过控制器计算得出0/1信号控制水泵启停，使得地热源侧传热工质进行循环，将热量在热泵中进行转换，从而换给需换热工质侧。
3)加热器供热系统
图2C为加热器供热系统逻辑拓扑，组成为蓄热水箱、水泵、辅助加热设备。主要的控制器通过接收蓄热水箱所需换热工质温度以及期望温度2种信号，经过内部计算输出控制信号同时控制水泵以及辅助加热设备的启停，使得传热工质被加热并在系统内部进行循环。
4)工作区域循环供热系统
图2D为工作区域循环供热系统逻辑拓扑，组成为蓄热水箱、水泵、工作区域。工作区域空气温度设定值以及工作区域实际空气温度的反馈量同时输入到控制器中，经过控制器计算出信号，控制水泵的启停，促进蓄热水箱中的传热工质输送进入楼宇内部地暖管中，被换热之后的工质，会在水泵的作用下继续到蓄热水箱中加热，达到循环供热的目的。
在步骤S130中，可以分别将所述温度设定值、太阳能集热器出口温度的输入变量、水泵控制信号的输出变量进行模糊化处理，生成温度设定值模糊集、太阳能集热器出口温度模糊集、水泵控制信号模糊集。
在本示例的实施例中，当在使用模糊控制器最重要的是确定控制器的输入及输出信号。所述供热系统是处于变流量工况，模糊控制器的输入信号分别是系统的温度设定值以及太阳能集热器出口工质温度，输出信号是变频水泵的控制信号，当模糊控制器检测到输入信号时，先将其进行模糊化处理，再依据所设计的模糊规则进行模糊推理，然后再进行反模糊化处理得到变频水泵具体输出控制信号，进而调控变频水泵的转速得到不同出口工质流量。整体供热控制系统如图3所示。
在本示例的实施例中，所述方法中将所述温度设定值模糊化处理生成温度设定值模糊集还包括：
基于三角形隶属函数对所述温度设定值进行模糊化处理，生成3个模糊集：SD(温度低)，MD(温度适中)，LD(温度高)，取值范围为[65,80],隶属度函数如下：
其中，x为温度设定值。
在本示例的实施例中，所述方法中将所述太阳能集热器出口温度模糊化处理生成太阳能集热器出口温度模糊集还包括：
基于三角形隶属函数对所述太阳能集热器出口温度进行模糊化处理，生成3个模糊集：NG(低温)，MG(中温)，LG(高温)，取值范围[-5,95]，隶属函数如下：
其中，y为太阳能集热器出口温度。
在本示例的实施例中，所述方法中将所述水泵控制信号模糊化处理生成水泵控制信号模糊集还包括：
基于三角形隶属函数对所述水泵控制信号进行模糊化处理，生成5个模糊集：VS(很小)，S(小)，M(中等)，L(大)，VL(很大)，取值范围[0,1]，隶属度函数如下：
其中，z为水泵控制信号。
在步骤S140中，可以基于所述温度设定值模糊集、太阳能集热器出口温度模糊集、水泵控制信号模糊集生成模糊控制规则，实现对所述太阳能-地源热泵供热系统的部分变频率模糊控制。
在本示例的实施例中，所述方法中基于所述温度设定值模糊集、太阳能集热器出口温度模糊集、水泵控制信号模糊集生成的模糊控制规则为：
当输入变量温度设定值所属温度设定值模糊集为SD(温度低)、太阳能集热器出口温度所属太阳能集热器出口温度模糊集为NG(低温)时，输出变量水泵控制信号应用的水泵控制信号模糊集为VS(很小)；
当输入变量温度设定值所属温度设定值模糊集为MD(温度适中)、太阳能集热器出口温度所属太阳能集热器出口温度模糊集为MG(中温)时，输出变量水泵控制信号应用的水泵控制信号模糊集为M(中等)；
当输入变量温度设定值所属温度设定值模糊集为LD(温度高)太阳能集热器出口温度所属太阳能集热器出口温度模糊集为LG(高温)时，输出变量水泵控制信号应用的水泵控制信号模糊集为L(大)；
当输入变量温度设定值所属温度设定值模糊集为SD(温度低)、太阳能集热器出口温度所属太阳能集热器出口温度模糊集为NG(低温)时，输出变量水泵控制信号应用的水泵控制信号模糊集为S(小)；
当输入变量温度设定值所属温度设定值模糊集为MD(温度适中)、太阳能集热器出口温度所属太阳能集热器出口温度模糊集为MG(中温)时，输出变量水泵控制信号应用的水泵控制信号模糊集为M(中等)；
当输入变量温度设定值所属温度设定值模糊集为LD(温度高)、太阳能集热器出口温度所属太阳能集热器出口温度模糊集为LG(高温)时，输出变量水泵控制信号应用的水泵控制信号模糊集为L(大)；
当输入变量温度设定值所属温度设定值模糊集为SD(温度低)、太阳能集热器出口温度所属太阳能集热器出口温度模糊集为NG(低温)时，输出变量水泵控制信号应用的水泵控制信号模糊集为M(中等)；
当输入变量温度设定值所属温度设定值模糊集为MD(温度适中)、太阳能集热器出口温度所属太阳能集热器出口温度模糊集为MG(中温)时，输出变量水泵控制信号应用的水泵控制信号模糊集为L(大)；
当输入变量温度设定值所属温度设定值模糊集为LD(温度高)、太阳能集热器出口温度所属太阳能集热器出口温度模糊集为LG(高温)时，输出变量水泵控制信号应用的水泵控制信号模糊集为VL(很大)。
在本示例的实施例中，所述模糊控制器规则可以表示为表1：
表1模糊控制规则表
在本示例的实施例中，基于本公开的供热期间一天热泵总耗能对比，现有技术温差控制器控制下的所有水泵总耗能在一天中所消耗的能量大概为52.5KWh，而部分含有模糊控制下的所有水泵总耗能一天中所消耗的能量大概为47.5KWh。水泵耗能一天可以减少9.5％的能量消耗。这是因为在相同工况下定频率系统在被给予控制信号时，由于机组出水温度固定，当温度发生变化时，转速依旧不变，经常全速运转，造成能源的浪费；而变频系统可以依据所需要的温度进行变流量，从而控制水泵的转速可以依据需求在零到额定转速之间自由变化，降低系统能量消耗，节省资源及财力的消耗。
需要说明的是，尽管在附图中以特定顺序描述了本公开中方法的各个步骤，但是，这并非要求或者暗示必须按照该特定顺序来执行这些步骤，或是必须执行全部所示的步骤才能实现期望的结果。附加的或备选的，可以省略某些步骤，将多个步骤合并为一个步骤执行，以及/或者将一个步骤分解为多个步骤执行等。
此外，在本示例实施例中，还提供了一种部分变频率的太阳能-地源热泵供热系统模糊控制装置。参照图4所示，该部分变频率的太阳能-地源热泵供热系统模糊控制装置400可以包括：数学模型建立模块410、变量确定模块420、模糊集生成模块430以及模糊控制模块440。其中：
数学模型建立模块410，用于基于太阳能-地源热泵供热系统，分别建立所述太阳能-地源热泵供热系统中太阳能集热器、分层蓄热水箱、水泵、合流三通阀、流量分配器、热泵、加热器的数学模型；
变量确定模块420，基于所述数学模型确立所述太阳能-地源热泵供热系统的子系统，分析所述太阳能-地源热泵供热系统的子系统的逻辑结构，确定所述太阳能-地源热泵供热系统的输入变量为温度设定值、太阳能集热器出口温度，输出变量为水泵控制信号；
模糊集生成模块430，分别将所述温度设定值、太阳能集热器出口温度的输入变量、水泵控制信号的输出变量进行模糊化处理，生成温度设定值模糊集、太阳能集热器出口温度模糊集、水泵控制信号模糊集；
模糊控制模块440，基于所述温度设定值模糊集、太阳能集热器出口温度模糊集、水泵控制信号模糊集生成模糊控制规则，实现对所述太阳能-地源热泵供热系统的部分变频率模糊控制。
上述中各部分变频率的太阳能-地源热泵供热系统模糊控制装置模块的具体细节已经在对应的部分变频率的太阳能-地源热泵供热系统模糊控制方法中进行了详细的描述，因此此处不再赘述。
应当注意，尽管在上文详细描述中提及了部分变频率的太阳能-地源热泵供热系统模糊控制装置400的若干模块或者单元，但是这种划分并非强制性的。实际上，根据本公开的实施方式，上文描述的两个或更多模块或者单元的特征和功能可以在一个模块或者单元中具体化。反之，上文描述的一个模块或者单元的特征和功能可以进一步划分为由多个模块或者单元来具体化。
此外，在本公开的示例性实施例中，还提供了一种能够实现上述方法的电子设备。
所属技术领域的技术人员能够理解，本发明的各个方面可以实现为系统、方法或程序产品。因此，本发明的各个方面可以具体实现为以下形式，即：完全的硬件实施例、完全的软件实施例(包括固件、微代码等)，或硬件和软件方面结合的实施例，这里可以统称为“电路”、“模块”或“系统”。
下面参照图5来描述根据本发明的这种实施例的电子设备500。图5显示的电子设备500仅仅是一个示例，不应对本发明实施例的功能和使用范围带来任何限制。
如图5所示，电子设备500以通用计算设备的形式表现。电子设备500的组件可以包括但不限于：上述至少一个处理单元510、上述至少一个存储单元520、连接不同系统组件(包括存储单元520和处理单元510)的总线530、显示单元540。
其中，所述存储单元存储有程序代码，所述程序代码可以被所述处理单元510执行，使得所述处理单元510执行本说明书上述“示例性方法”部分中描述的根据本发明各种示例性实施例的步骤。例如，所述处理单元510可以执行如图1中所示的步骤S110至步骤S140。
存储单元520可以包括易失性存储单元形式的可读介质，例如随机存取存储单元(RAM)5201和/或高速缓存存储单元5202，还可以进一步包括只读存储单元(ROM)5203。
存储单元520还可以包括具有一组(至少一个)程序模块5203的程序/实用工具5204，这样的程序模块5205包括但不限于：操作系统、一个或者多个应用程序、其它程序模块以及程序数据，这些示例中的每一个或某种组合中可能包括网络环境的实现。
总线550可以为表示几类总线结构中的一种或多种，包括存储单元总线或者存储单元控制器、外围总线、图形加速端口、处理单元或者使用多种总线结构中的任意总线结构的局域总线。
电子设备500也可以与一个或多个外部设备570(例如键盘、指向设备、蓝牙设备等)通信，还可与一个或者多个使得用户能与该电子设备500交互的设备通信，和/或与使得该电子设备500能与一个或多个其它计算设备进行通信的任何设备(例如路由器、调制解调器等等)通信。这种通信可以通过输入/输出(I/O)接口550进行。并且，电子设备500还可以通过网络适配器560与一个或者多个网络(例如局域网(LAN)，广域网(WAN)和/或公共网络，例如因特网)通信。如图所示，网络适配器560通过总线550与电子设备500的其它模块通信。应当明白，尽管图中未示出，可以结合电子设备500使用其它硬件和/或软件模块，包括但不限于：微代码、设备驱动器、冗余处理单元、外部磁盘驱动阵列、RAID系统、磁带驱动器以及数据备份存储系统等。
通过以上的实施例的描述，本领域的技术人员易于理解，这里描述的示例实施例可以通过软件实现，也可以通过软件结合必要的硬件的方式来实现。因此，根据本公开实施例的技术方案可以以软件产品的形式体现出来，该软件产品可以存储在一个非易失性存储介质(可以是CD-ROM，U盘，移动硬盘等)中或网络上，包括若干指令以使得一台计算设备(可以是个人计算机、服务器、终端装置、或者网络设备等)执行根据本公开实施例的方法。
在本公开的示例性实施例中，还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有能够实现本说明书上述方法的程序产品。在一些可能的实施例中，本发明的各个方面还可以实现为一种程序产品的形式，其包括程序代码，当所述程序产品在终端设备上运行时，所述程序代码用于使所述终端设备执行本说明书上述“示例性方法”部分中描述的根据本发明各种示例性实施例的步骤。
参考图6所示，描述了根据本发明的实施例的用于实现上述方法的程序产品600，其可以采用便携式紧凑盘只读存储器(CD-ROM)并包括程序代码，并可以在终端设备，例如个人电脑上运行。然而，本发明的程序产品不限于此，在本文件中，可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用。
所述程序产品可以采用一个或多个可读介质的任意组合。可读介质可以是可读信号介质或者可读存储介质。可读存储介质例如可以为但不限于电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括：具有一个或多个导线的电连接、便携式盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、光纤、便携式紧凑盘只读存储器(CD-ROM)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。
计算机可读信号介质可以包括在基带中或者作为载波一部分传播的数据信号，其中承载了可读程序代码。这种传播的数据信号可以采用多种形式，包括但不限于电磁信号、光信号或上述的任意合适的组合。可读信号介质还可以是可读存储介质以外的任何可读介质，该可读介质可以发送、传播或者传输用于由指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用的程序。
可读介质上包含的程序代码可以用任何适当的介质传输，包括但不限于无线、有线、光缆、RF等等，或者上述的任意合适的组合。
可以以一种或多种程序设计语言的任意组合来编写用于执行本发明操作的程序代码，所述程序设计语言包括面向对象的程序设计语言—诸如Java、C++等，还包括常规的过程式程序设计语言—诸如“C”语言或类似的程序设计语言。程序代码可以完全地在用户计算设备上执行、部分地在用户设备上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算设备上部分在远程计算设备上执行、或者完全在远程计算设备或服务器上执行。在涉及远程计算设备的情形中，远程计算设备可以通过任意种类的网络，包括局域网(LAN)或广域网(WAN)，连接到用户计算设备，或者，可以连接到外部计算设备(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。
此外，上述附图仅是根据本发明示例性实施例的方法所包括的处理的示意性说明，而不是限制目的。易于理解，上述附图所示的处理并不表明或限制这些处理的时间顺序。另外，也易于理解，这些处理可以是例如在多个模块中同步或异步执行的。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本公开的其他实施例。本申请旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由权利要求指出。
应当理解的是，本公开并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本公开的范围仅由所附的权利要求来限。
Claims (9)
1.一种部分变频率的太阳能-地源热泵供热系统模糊控制方法，其特征在于，所述方法包括：
基于太阳能-地源热泵供热系统，分别建立所述太阳能-地源热泵供热系统中太阳能集热器、分层蓄热水箱、水泵、合流三通阀、流量分配器、热泵、加热器的数学模型；
基于所述数学模型确立所述太阳能-地源热泵供热系统的子系统，分析所述太阳能-地源热泵供热系统的子系统的逻辑结构，确定所述太阳能-地源热泵供热系统的输入变量为温度设定值、太阳能集热器出口温度，输出变量为水泵控制信号；
分别将所述温度设定值、太阳能集热器出口温度的输入变量、水泵控制信号的输出变量进行模糊化处理，生成温度设定值模糊集、太阳能集热器出口温度模糊集、水泵控制信号模糊集；
基于所述温度设定值模糊集、太阳能集热器出口温度模糊集、水泵控制信号模糊集生成模糊控制规则，实现对所述太阳能-地源热泵供热系统的部分变频率模糊控制。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述数学模型确立所述太阳能-地源热泵供热系统的子系统包括：
太阳能供热子系统，包括太阳能集热器、蓄热水箱、水泵，控制信号为太阳能集热器出口温度及蓄热水箱传热工质出口温度；
地源热泵供热子系统,包括热泵、U型地埋管、水泵、蓄热水箱，控制信号为蓄热水箱传热工质出口温度及蓄热水箱换热工质温度；
加热器供热子系统，包括蓄热水箱、水泵、辅助加热设备，控制信号为蓄热水箱换热工质温度以及温度设定值；
工作区域循环供热子系统，包括蓄热水箱、水泵、工作区域，控制信号包括温度设定值及水泵控制信号。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法中将所述温度设定值模糊化处理生成温度设定值模糊集还包括：
基于三角形隶属函数对所述温度设定值进行模糊化处理，生成3个模糊集：SD(温度低)，MD(温度适中)，LD(温度高)，取值范围为[65,80],隶属度函数如下：
其中，x为温度设定值。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法中将所述太阳能集热器出口温度模糊化处理生成太阳能集热器出口温度模糊集还包括：
基于三角形隶属函数对所述太阳能集热器出口温度进行模糊化处理，生成3个模糊集：NG(低温)，MG(中温)，LG(高温)，取值范围[-5,95]，隶属函数如下：
其中，y为太阳能集热器出口温度。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法中将所述水泵控制信号模糊化处理生成水泵控制信号模糊集还包括：
基于三角形隶属函数对所述水泵控制信号进行模糊化处理，生成5个模糊集：VS(很小)，S(小)，M(中等)，L(大)，VL(很大)，取值范围[0,1]，隶属度函数如下：
其中，z为水泵控制信号。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法中基于所述温度设定值模糊集、太阳能集热器出口温度模糊集、水泵控制信号模糊集生成的模糊控制规则为：
当输入变量温度设定值所属温度设定值模糊集为SD(温度低)、太阳能集热器出口温度所属太阳能集热器出口温度模糊集为NG(低温)时，输出变量水泵控制信号应用的水泵控制信号模糊集为VS(很小)；
当输入变量温度设定值所属温度设定值模糊集为MD(温度适中)、太阳能集热器出口温度所属太阳能集热器出口温度模糊集为MG(中温)时，输出变量水泵控制信号应用的水泵控制信号模糊集为M(中等)；
当输入变量温度设定值所属温度设定值模糊集为LD(温度高)太阳能集热器出口温度所属太阳能集热器出口温度模糊集为LG(高温)时，输出变量水泵控制信号应用的水泵控制信号模糊集为L(大)；
当输入变量温度设定值所属温度设定值模糊集为SD(温度低)、太阳能集热器出口温度所属太阳能集热器出口温度模糊集为NG(低温)时，输出变量水泵控制信号应用的水泵控制信号模糊集为S(小)；
当输入变量温度设定值所属温度设定值模糊集为MD(温度适中)、太阳能集热器出口温度所属太阳能集热器出口温度模糊集为MG(中温)时，输出变量水泵控制信号应用的水泵控制信号模糊集为M(中等)；
当输入变量温度设定值所属温度设定值模糊集为LD(温度高)、太阳能集热器出口温度所属太阳能集热器出口温度模糊集为LG(高温)时，输出变量水泵控制信号应用的水泵控制信号模糊集为L(大)；
当输入变量温度设定值所属温度设定值模糊集为SD(温度低)、太阳能集热器出口温度所属太阳能集热器出口温度模糊集为NG(低温)时，输出变量水泵控制信号应用的水泵控制信号模糊集为M(中等)；
当输入变量温度设定值所属温度设定值模糊集为MD(温度适中)、太阳能集热器出口温度所属太阳能集热器出口温度模糊集为MG(中温)时，输出变量水泵控制信号应用的水泵控制信号模糊集为L(大)；
当输入变量温度设定值所属温度设定值模糊集为LD(温度高)、太阳能集热器出口温度所属太阳能集热器出口温度模糊集为LG(高温)时，输出变量水泵控制信号应用的水泵控制信号模糊集为VL(很大)。
7.一种部分变频率的太阳能-地源热泵供热系统模糊控制装置，其特征在于，所述装置包括：
数学模型建立模块，用于基于太阳能-地源热泵供热系统，分别建立所述太阳能-地源热泵供热系统中太阳能集热器、分层蓄热水箱、水泵、合流三通阀、流量分配器、热泵、加热器的数学模型；
变量确定模块，基于所述数学模型确立所述太阳能-地源热泵供热系统的子系统，分析所述太阳能-地源热泵供热系统的子系统的逻辑结构，确定所述太阳能-地源热泵供热系统的输入变量为温度设定值、太阳能集热器出口温度，输出变量为水泵控制信号；
模糊集生成模块，分别将所述温度设定值、太阳能集热器出口温度的输入变量、水泵控制信号的输出变量进行模糊化处理，生成温度设定值模糊集、太阳能集热器出口温度模糊集、水泵控制信号模糊集；
模糊控制模块，基于所述温度设定值模糊集、太阳能集热器出口温度模糊集、水泵控制信号模糊集生成模糊控制规则，实现对所述太阳能-地源热泵供热系统的部分变频率模糊控制。
8.一种电子设备，其特征在于，包括
处理器；以及
存储器，所述存储器上存储有计算机可读指令，所述计算机可读指令被所述处理器执行时实现根据权利要求1至6中任一项所述的方法。
9.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现根据权利要求1至6中任一项所述方法。
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| CN117742426A (zh) * | 2024-02-20 | 2024-03-22 | 北京金博众科技有限公司 | 一种恒温恒压的供水机组的智能控制方法和系统 |
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