本申請(qǐng)涉及綠色低碳與智能調(diào)控，具體是一種基于多源數(shù)據(jù)的冷卻塔的控制方法及其系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
1、冷卻塔是集中空調(diào)及工業(yè)制冷系統(tǒng)中的關(guān)鍵耗能設(shè)備，其運(yùn)行能效直接影響整個(gè)系統(tǒng)的能耗水平。當(dāng)前，冷卻塔群的運(yùn)行控制普遍面臨兩大難題：其一，傳統(tǒng)的控制策略（如簡(jiǎn)單的變頻或臺(tái)數(shù)控制）參數(shù)孤立、決策粗放，難以根據(jù)動(dòng)態(tài)的環(huán)境與負(fù)荷變化做出精準(zhǔn)響應(yīng)，易導(dǎo)致“少臺(tái)高頻”等不經(jīng)濟(jì)運(yùn)行模式，造成顯著的能源浪費(fèi)。其二，更關(guān)鍵的是，現(xiàn)有方法多局限于對(duì)冷卻塔單體或風(fēng)機(jī)的調(diào)節(jié)，未能從冷水機(jī)組、冷卻塔、冷卻水泵三者構(gòu)成的整體系統(tǒng)層面進(jìn)行能耗協(xié)同建模與動(dòng)態(tài)尋優(yōu)。這使得系統(tǒng)難以在降低主機(jī)能耗與增加冷卻側(cè)風(fēng)機(jī)、水泵能耗之間找到最佳平衡點(diǎn)，制約了系統(tǒng)整體能效的突破性提升。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本申請(qǐng)的目的在于提供一種基于多源數(shù)據(jù)的冷卻塔的控制方法及其系統(tǒng)，以解決上述背景技術(shù)中提出的技術(shù)問(wèn)題。
2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本申請(qǐng)公開了以下技術(shù)方案：
3、第一方面，本申請(qǐng)公開了一種基于多源數(shù)據(jù)的冷卻塔的控制方法，包括在每個(gè)控制周期內(nèi)執(zhí)行以下步驟：
4、s1-基于冷卻水系統(tǒng)的實(shí)時(shí)系統(tǒng)狀態(tài)，利用出水溫度預(yù)測(cè)模型并行推演不同冷卻塔運(yùn)行臺(tái)數(shù)、風(fēng)機(jī)頻率及水泵頻率的組合方案對(duì)應(yīng)的條件未來(lái)出水溫度序列；
5、s2-構(gòu)建一動(dòng)態(tài)優(yōu)化問(wèn)題，在該動(dòng)態(tài)優(yōu)化問(wèn)題中：
6、a）將所述條件未來(lái)出水溫度序列轉(zhuǎn)換為對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行的關(guān)鍵性能約束；
7、b）將所述條件未來(lái)出水溫度序列的統(tǒng)計(jì)特性與一預(yù)設(shè)的溫度目標(biāo)值的偏差，構(gòu)造為引導(dǎo)項(xiàng)并加入優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)；
8、c）以最小化系統(tǒng)總功耗，與所述引導(dǎo)項(xiàng)及設(shè)備切換懲罰項(xiàng)的加權(quán)和為優(yōu)化目標(biāo)，所述系統(tǒng)總能耗為冷水機(jī)組功耗、冷卻塔風(fēng)機(jī)總功耗及冷卻水泵功耗之和；
9、s3-求解所述動(dòng)態(tài)優(yōu)化問(wèn)題，得到最優(yōu)的冷卻塔運(yùn)行臺(tái)數(shù)、風(fēng)機(jī)頻率及水泵頻率指令集并執(zhí)行。
10、可選的，所述引導(dǎo)項(xiàng)基于條件未來(lái)出水溫度序列的算術(shù)平均值與一預(yù)設(shè)的高效運(yùn)行目標(biāo)溫度的偏差計(jì)算得到。
11、可選的，所述出水溫度預(yù)測(cè)模型為基于編碼器與解碼器架構(gòu)的序列到序列深度學(xué)習(xí)模型；所述編碼器的輸入為歷史系統(tǒng)狀態(tài)序列，所述解碼器用于在給定所述優(yōu)化試探性方案的條件下，對(duì)由所述編碼器輸出的狀態(tài)編碼進(jìn)行自回歸推演，得到所述未來(lái)出水溫度序列。
12、可選的，所述優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)為：
13、
14、其中，為系統(tǒng)總功耗估計(jì)，和為權(quán)重系數(shù)，為針對(duì)冷卻塔風(fēng)機(jī)或水泵啟停動(dòng)作所施加的設(shè)備切換懲罰項(xiàng)；為所述引導(dǎo)項(xiàng)。
15、可選的，該方法還包括：
16、基于過(guò)去一預(yù)定時(shí)間窗口內(nèi)的實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)，周期性調(diào)整權(quán)重系數(shù)與權(quán)重系數(shù)，以使實(shí)際系統(tǒng)總功耗與優(yōu)化預(yù)估總功耗的偏差，以及設(shè)備實(shí)際切換頻次綜合構(gòu)成的性能指標(biāo)向更優(yōu)方向演進(jìn)為目標(biāo)。
17、可選的，所述權(quán)重系數(shù)和所述權(quán)重系數(shù)采用梯度下降法或基于歷史性能數(shù)據(jù)擬合的啟發(fā)式規(guī)則進(jìn)行。
18、可選的，將所述條件未來(lái)出水溫度序列轉(zhuǎn)換為對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行的關(guān)鍵性能約束，包括：
19、根據(jù)針對(duì)優(yōu)化試探性方案所推演的條件未來(lái)出水溫度序列及其預(yù)測(cè)不確定性，動(dòng)態(tài)計(jì)算并施加時(shí)域內(nèi)的安全逼近度約束；所述安全逼近度約束作用于所述條件未來(lái)出水溫度序列中的每一個(gè)預(yù)測(cè)時(shí)刻，并由下式定義：
20、
21、其中，表示所述條件未來(lái)出水溫度序列中時(shí)刻的預(yù)測(cè)溫度，為濕球溫度，為額定逼近度范圍，為對(duì)應(yīng)優(yōu)化試探性方案在時(shí)刻的預(yù)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)差估計(jì)值，為安全系數(shù)。
22、可選的，所述預(yù)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)差估計(jì)值通過(guò)所述出水溫度預(yù)測(cè)模型的集成學(xué)習(xí)版本或多步蒙特卡洛采樣估計(jì)獲得。
23、可選的，所述冷水機(jī)組功耗通過(guò)以主機(jī)負(fù)荷率和冷卻塔回水溫度為輸入的高斯過(guò)程回歸模型確定；
24、所述冷卻塔風(fēng)機(jī)總功耗基于風(fēng)機(jī)軸功率與運(yùn)行頻率的立方關(guān)系模型計(jì)算得到；
25、所述冷卻水泵功耗基于水泵運(yùn)行頻率與流量、揚(yáng)程及效率的映射關(guān)系模型計(jì)算得到。
26、第二方面，本申請(qǐng)公開了一種基于多源數(shù)據(jù)的冷卻塔的控制系統(tǒng)，應(yīng)用如上所述的基于多源數(shù)據(jù)的冷卻塔的控制方法，該系統(tǒng)包括：
27、狀態(tài)感知模塊，用于獲取冷卻水系統(tǒng)的實(shí)時(shí)系統(tǒng)狀態(tài)；
28、出水溫度預(yù)測(cè)模塊，用于基于所述實(shí)時(shí)系統(tǒng)狀態(tài)，利用出水溫度預(yù)測(cè)模型并行推演不同冷卻塔運(yùn)行臺(tái)數(shù)、風(fēng)機(jī)頻率及水泵頻率的組合方案對(duì)應(yīng)的條件未來(lái)出水溫度序列；
29、動(dòng)態(tài)優(yōu)化求解模塊，用于構(gòu)建并求解一動(dòng)態(tài)優(yōu)化問(wèn)題，該動(dòng)態(tài)優(yōu)化問(wèn)題中：
30、a）將所述條件未來(lái)出水溫度序列轉(zhuǎn)換為對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行的關(guān)鍵性能約束；
31、b）將所述條件未來(lái)出水溫度序列的統(tǒng)計(jì)特性與一預(yù)設(shè)的溫度目標(biāo)值的偏差，構(gòu)造為引導(dǎo)項(xiàng)并加入優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)；
32、c）以最小化系統(tǒng)總功耗，與所述引導(dǎo)項(xiàng)及設(shè)備切換懲罰項(xiàng)的加權(quán)和為優(yōu)化目標(biāo)，所述系統(tǒng)總能耗為冷水機(jī)組功耗、冷卻塔風(fēng)機(jī)總功耗及冷卻水泵功耗之和；
33、控制指令執(zhí)行模塊，用于根據(jù)所述動(dòng)態(tài)優(yōu)化求解模塊的求解結(jié)果，得到最優(yōu)的冷卻塔運(yùn)行臺(tái)數(shù)、風(fēng)機(jī)頻率及水泵頻率指令集并執(zhí)行。
34、有益效果：本申請(qǐng)的基于多源數(shù)據(jù)的冷卻塔的控制方法及其系統(tǒng)，深度耦合了序列預(yù)測(cè)與多變量?jī)?yōu)化，實(shí)現(xiàn)了對(duì)離散的運(yùn)行臺(tái)數(shù)與連續(xù)的風(fēng)機(jī)頻率、水泵頻率的同步協(xié)同決策。解決了傳統(tǒng)控制中設(shè)備控制割裂與“少臺(tái)高頻”的難題。通過(guò)利用預(yù)測(cè)信息前瞻性生成約束并構(gòu)造優(yōu)化引導(dǎo)項(xiàng)，能夠在保障安全高效運(yùn)行的前提下，動(dòng)態(tài)尋優(yōu)使冷水機(jī)組、冷卻塔風(fēng)機(jī)及冷卻水泵的總功耗持續(xù)趨于全局最小，提升了復(fù)雜制冷系統(tǒng)在全工況下的綜合能效與運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性，為實(shí)現(xiàn)綠色低碳運(yùn)行提供了有效的智能調(diào)控方案。
1.一種基于多源數(shù)據(jù)的冷卻塔的控制方法，其特征在于，包括在每個(gè)控制周期內(nèi)執(zhí)行以下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于多源數(shù)據(jù)的冷卻塔的控制方法，其特征在于，所述引導(dǎo)項(xiàng)基于條件未來(lái)出水溫度序列的算術(shù)平均值與一預(yù)設(shè)的高效運(yùn)行目標(biāo)溫度的偏差計(jì)算得到。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于多源數(shù)據(jù)的冷卻塔的控制方法，其特征在于，所述出水溫度預(yù)測(cè)模型為基于編碼器與解碼器架構(gòu)的序列到序列深度學(xué)習(xí)模型；所述編碼器的輸入為歷史系統(tǒng)狀態(tài)序列，所述解碼器用于在給定所述優(yōu)化試探性方案的條件下，對(duì)由所述編碼器輸出的狀態(tài)編碼進(jìn)行自回歸推演，得到所述未來(lái)出水溫度序列。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于多源數(shù)據(jù)的冷卻塔的控制方法，其特征在于，所述優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)為：
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于多源數(shù)據(jù)的冷卻塔的控制方法，其特征在于，該方法還包括：
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于多源數(shù)據(jù)的冷卻塔的控制方法，其特征在于，所述權(quán)重系數(shù)和所述權(quán)重系數(shù)采用梯度下降法或基于歷史性能數(shù)據(jù)擬合的啟發(fā)式規(guī)則進(jìn)行。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于多源數(shù)據(jù)的冷卻塔的控制方法，其特征在于，將所述條件未來(lái)出水溫度序列轉(zhuǎn)換為對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行的關(guān)鍵性能約束，包括：
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的基于多源數(shù)據(jù)的冷卻塔的控制方法，其特征在于，所述預(yù)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)差估計(jì)值通過(guò)所述出水溫度預(yù)測(cè)模型的集成學(xué)習(xí)版本或多步蒙特卡洛采樣估計(jì)獲得。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于多源數(shù)據(jù)的冷卻塔的控制方法，其特征在于，所述冷水機(jī)組功耗通過(guò)以主機(jī)負(fù)荷率和冷卻塔回水溫度為輸入的高斯過(guò)程回歸模型確定；
10.一種基于多源數(shù)據(jù)的冷卻塔的控制系統(tǒng)，應(yīng)用如權(quán)利要求1-9任一項(xiàng)所述的基于多源數(shù)據(jù)的冷卻塔的控制方法，其特征在于，該系統(tǒng)包括：