一種基於模型的熱泵供暖多目標優化控制方法

2023-05-16 10:06:31 3

專利名稱：一種基於模型的熱泵供暖多目標優化控制方法
技術領域：
本發明屬於優化控制技術領域，涉及熱泵空調供暖系統的建模與動態實時優化控制，尤其涉及一種基於模型的空氣源熱泵地暖的多目標優化控制方法。
背景技術：
隨著人們生活水平的提高，家用地暖的需求越來越大，而由於家用地暖需要較多的能耗，因此如何降低能耗並保持一定的舒適性十分重要。隨著能源的短缺、國家節能減排政策的落實，開發和利用可再生能源是節能降耗的重要途徑。空氣源熱泵空調可以從空氣中吸收熱量，利用一份的電能生產出多份的熱量而得到越來越多的應用。將空氣源熱泵應用於地暖領域，不僅有利於實現用戶的節能減排，而且運行成本更低，是一種非常有前景的地暖方法。空氣源熱泵利用蒸汽壓縮式製冷原理，製冷工質在蒸發器內溫度低於外界環境空氣溫度，其蒸發器從空氣中吸收熱量，經過壓縮機壓縮，高溫工質進入冷凝器，在冷凝器中將熱量傳遞給外界循環水。循環水通過地熱管道將熱量傳遞給地板，進而傳遞給室內空氣，使得室內空氣保持在比較舒適的溫度。空氣源熱泵技術製取熱水，運行效率高，機組的能效比COP在標準工況(室外幹球溫度20 V，溼球溫度15 °C，初始水溫15 °C，終止水溫55 °C )時可達3.0以上。即使在冬季日平均氣 溫下，空氣源熱泵機組的能效比COP也可以達到2. O左右，而隨室外氣溫的升高制熱效率也更高。另外用空氣源熱泵空調技術製取熱水不受天氣的影響，可利用電價變化在電價比較低的時候製取熱水，大大降低運行成本。由於空氣源熱泵的性能參數-能效比與環境溫度和水循環的進出口溫度有關，因此在不同的環境溫度和不同房間溫度要求下，空氣源熱泵的能耗不同。由於在一天內電力消耗價格不同，因此在不同的時間空氣源熱泵運行電費不同。考慮到環境溫度變化和對房間舒適要求的不同，且整個空氣源熱泵地暖系統在運行過程中處於動態過程，對其進行多目標優化控制具有非常重要的意義。而一般的空氣源熱泵地暖系統，不能根據環境溫度和系統的動態特性進行節能優化，一般不會考慮根據電價變化改變運行策略，在定負荷下存在地暖溫度控制不好，舒適度不夠的問題。本發明專門針對以上不足，提出一種基於動態模型的空氣源熱泵地暖多目標優化控制方法。該方法考慮到運行節能降費與舒適性的需要，計算出不同環境溫度、不同電價等條件下空氣源熱泵的運行策略，實時地調整空氣源熱泵運行頻率，使得系統優化運行。

發明內容
本發明的目的是針對現有技術的不足，提供一種基於模型的空氣源熱泵空調地暖的多目標優化控制方法。該方法首先建立了空氣源熱泵地暖溫度的動態變化模型，在此基礎上通過建立空氣源熱泵能耗模型和設立以溫度控制和節能綜合目標函數，得到了總的多目標動態優化模型。採用多點打祀法(multishooting method)將動態優化模型離散為非線性規劃的代數方程，然後通過SQP求解技術獲得最佳的空氣源熱泵輸出功率。根據空氣源熱泵輸出功率與頻率的關係，確定不同時刻的最佳空氣源熱泵壓縮機頻率，然後採用預測控制技術將空氣源熱泵壓縮機頻率控制在最佳值。本發明包括以下步驟
步驟(1).建立空氣源熱泵地暖的溫度動態模型。對於空氣源熱泵地暖工藝系統，根據質量和能量守恆原理，可以得到如下動態模型
權利要求
1.一種基於模型的熱泵供暖多目標優化控制方法，其特徵在於該方法包括以下步驟 步驟(I).建立空氣源熱泵地暖的溫度動態模型；對於空氣源熱泵地暖工藝系統，根據質量和能量守恆原理，可以得到如下動態模型
全文摘要
本發明公開了一種基於模型的熱泵供暖多目標優化控制方法。本發明首先建立了空氣源熱泵供暖溫度的動態變化模型，在此基礎上通過建立空氣源熱泵能耗模型和設立以溫度控制和節能綜合目標函數，得到了總的多目標動態優化模型。採用多點打靶法將動態優化模型離散為非線性規劃的代數方程，然後通過SQP求解技術獲得最佳的空氣源熱泵輸出功率。根據空氣源熱泵輸出功率與頻率的關係，確定不同時刻的最佳空氣源熱泵壓縮機頻率，最後採用預測控制技術將空氣源熱泵壓縮機頻率控制在最佳值。本發明考慮到運行節能與舒適性的需要，實時地調整空氣源熱泵運行頻率，使得系統優化運行。
文檔編號G05B13/00GK103064285SQ20121058863
公開日2013年4月24日 申請日期2012年12月29日 優先權日2012年12月29日
發明者江愛朋, 丁強, 王劍, 姜周曙, 黃國輝 申請人:杭州電子科技大學