胡藍(lán)青，晉欣橋，杜志敏

（上海交通大學(xué)制冷與低溫工程研究所，上海 200240）

0 引言

由于全世界的能源緊張問(wèn)題逐漸嚴(yán)峻，節(jié)能問(wèn)題已經(jīng)越來(lái)越受到世界各國(guó)關(guān)注。根據(jù)聯(lián)合國(guó)環(huán)境計(jì)劃署統(tǒng)計(jì)，建筑能耗約占總能源消耗的40%以上[1]。近些年來(lái)的研究與實(shí)踐表明，建筑節(jié)能是緩解能源供應(yīng)不足最有效的措施[2]。從建筑能耗的構(gòu)成來(lái)看，暖通空調(diào)系統(tǒng)（Heating, Ventilation and Air conditioning，HVAC）能耗是建筑能耗最大的組成部分，約占建筑總能耗的65%左右。因此，降低空調(diào)系統(tǒng)能耗是建筑節(jié)能的重要組成部分。在冷負(fù)荷需求一定和空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)不變時(shí)，對(duì)空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化控制是降低空調(diào)系統(tǒng)能耗的重要途徑。

對(duì)空調(diào)系統(tǒng)的進(jìn)行優(yōu)化控制，需要建立能夠?qū)崟r(shí)預(yù)測(cè)空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行特性的能耗預(yù)測(cè)模型。當(dāng)前空調(diào)系統(tǒng)建模方法主要可分為黑箱模型法、物理模型法和灰箱模型法，其中灰箱模型建模方法介于黑箱模型建模方法和物理模型建模方法之間[3]。對(duì)于物理模型建模方法，主要的仿真平臺(tái)包括BLAST、DOE、TRNSYS和Energyplus等。胡瑋等[4]利用TRNSYS建立了大廈某層的多區(qū)域建筑及其中央空調(diào)系統(tǒng)能耗仿真模型。楊臣等[5]利用建筑能耗仿真軟件Energyplus和Designbuilder對(duì)某機(jī)場(chǎng)建筑及其空調(diào)系統(tǒng)建立了仿真模型。但是物理模型中需要的多個(gè)參數(shù)難以獲取，且仿真計(jì)算相對(duì)復(fù)雜，難以用于優(yōu)化控制計(jì)算中。由于多數(shù)暖通空調(diào)配備了建筑能源監(jiān)管系統(tǒng)，能夠不斷采集并記錄系統(tǒng)的運(yùn)行數(shù)據(jù)，使獲取大批量的運(yùn)行數(shù)據(jù)成為可能。黑箱模型以大量運(yùn)行數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，常常通過(guò)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、向量機(jī)等方法進(jìn)行仿真建模。龍海燕等[6]利用反向人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的非線性映射能力建立了中央空調(diào)系統(tǒng)制冷機(jī)的能量消耗模型。YANG等[7]采用回歸樹(shù)和支持向量機(jī)建立冷水機(jī)組能耗預(yù)測(cè)模型，并對(duì)兩種方法的建模效果進(jìn)行比較。這些模型與實(shí)際系統(tǒng)物理模型無(wú)任何物理意義的關(guān)聯(lián)，模型預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確度取決于參數(shù)的學(xué)習(xí)、辨識(shí)和訓(xùn)練，容易出現(xiàn)泛化能力差等問(wèn)題。與上述建模方法相比，在數(shù)據(jù)量充足時(shí)，采用基于一定物理意義的經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ突貧w擬合的建模方法，不僅可以避免繁瑣的參數(shù)訓(xùn)練過(guò)程，還能夠提高計(jì)算速度，適用于空調(diào)系統(tǒng)的控制計(jì)算。

目前國(guó)內(nèi)外不少學(xué)者建模時(shí)采用基于運(yùn)行數(shù)據(jù)對(duì)經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ蛿M合的方法，并且能夠保證模型的準(zhǔn)確性與合理性。LEE等[8]利用2 000多組實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)擬合得到離心式冷水機(jī)組性能與水流量之間的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式，并對(duì)此經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式作為預(yù)測(cè)模型時(shí)的準(zhǔn)確性及適用性進(jìn)行了驗(yàn)證。潘高峰[9]采用最小二乘法與多元線性回歸法對(duì)電空調(diào)與非電空調(diào)進(jìn)行了建模，并通過(guò)實(shí)例對(duì)模型的合理性進(jìn)行了驗(yàn)證。龔明啟[10]采用經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ蛯?duì)空調(diào)系統(tǒng)中的冷水機(jī)組、冷卻塔等部件進(jìn)行擬合，并采用遺傳算法對(duì)整個(gè)空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化。LU等[11-12]分別對(duì)冷水機(jī)組和輸送設(shè)備建立了參數(shù)辨識(shí)模型。LEE等[13]通過(guò)實(shí)驗(yàn)得到了冷水機(jī)組各種工況下的運(yùn)行數(shù)據(jù)，并采用多項(xiàng)式擬合的方法得到冷水機(jī)組性能與水流量間的數(shù)學(xué)表達(dá)式。在基于運(yùn)行數(shù)據(jù)的建模方法中，歷史數(shù)據(jù)的質(zhì)量好壞與模型的準(zhǔn)確性，因此在建立模型之前，有必要對(duì)歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。

本文以某自動(dòng)化生產(chǎn)車間的多冷水機(jī)組系統(tǒng)為研究對(duì)象，對(duì)歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)處理和基于設(shè)備經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷幕貧w擬合，建立系統(tǒng)的能耗預(yù)測(cè)模型。為了驗(yàn)證模型的可用性，本文將其應(yīng)用于基于粒子群優(yōu)化（Particle Swarm Optimization，PSO）算法的冷水機(jī)組系統(tǒng)優(yōu)化控制策略中，并將該策略與常規(guī)順序啟停策略進(jìn)行比較。

1 運(yùn)行數(shù)據(jù)處理

在實(shí)際的數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)過(guò)程中，受到系統(tǒng)復(fù)雜性、外界干擾和傳感器故障等因素的影響，空調(diào)系統(tǒng)實(shí)際的運(yùn)行數(shù)據(jù)存在數(shù)據(jù)缺失、數(shù)據(jù)異常和數(shù)據(jù)量龐大等問(wèn)題。因此，在利用這些數(shù)據(jù)之前，必須進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。對(duì)于數(shù)據(jù)缺失問(wèn)題，由于缺失數(shù)據(jù)比例占數(shù)據(jù)總量的比例很小，因此對(duì)缺失數(shù)據(jù)直接進(jìn)行刪除。對(duì)于數(shù)據(jù)異常問(wèn)題，本文局部異常因子算法進(jìn)行異常數(shù)據(jù)清洗處理。龐大的運(yùn)行數(shù)據(jù)量會(huì)帶來(lái)巨大的計(jì)算需求，為減少計(jì)算量以適應(yīng)于控制的需要，可以利用系統(tǒng)各運(yùn)行參數(shù)之間存在的關(guān)聯(lián)性和耦合性，采用Boruta能耗特征選擇方法將高維度的運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行降維，從而提高計(jì)算速度。

1.1 基于局部異常因子算法的數(shù)據(jù)清洗

局部異常因子算法（Local Outlier Factor，LOF）是一種基于密度的局部異常值識(shí)別算法。該算法將某一點(diǎn)的局部密度與其鄰域點(diǎn)的局部密度進(jìn)行比較，如果前者明顯低于后者，說(shuō)明該點(diǎn)位于比其相鄰點(diǎn)更稀疏的區(qū)域，代表該點(diǎn)是一個(gè)異常點(diǎn)。本文使用LOF算法進(jìn)行對(duì)異常數(shù)據(jù)的清洗工作，并對(duì)被識(shí)別出的異常數(shù)據(jù)進(jìn)行刪除。

根據(jù)離心式水泵的相似理論，冷卻水泵的頻率與流量之間存在一條關(guān)系曲線。以某冷卻水泵為例，圖1所示為某水泵頻率和功率的原始數(shù)據(jù)分布情況。

圖1 冷卻水泵原始數(shù)據(jù)分布

由圖1可知，有部分?jǐn)?shù)據(jù)點(diǎn)偏離了絕大部分?jǐn)?shù)據(jù)所在的曲線區(qū)域，且分布較為稀疏。圖2所示為基于LOF算法的異常數(shù)據(jù)清洗結(jié)果，LOF算法將偏離冷卻水泵頻率-功率關(guān)系曲線的數(shù)據(jù)識(shí)別為異常值，去除異常值之后的數(shù)據(jù)分布符合冷卻水泵的頻率與流量之間的關(guān)系曲線，說(shuō)明LOF算法在可以準(zhǔn)確識(shí)別出運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生的異常數(shù)據(jù)。

圖2 冷卻水泵異常數(shù)據(jù)清洗結(jié)果

1.2 基于Boruta能耗特征選擇算法的數(shù)據(jù)降維

數(shù)據(jù)降維是保留高維度數(shù)據(jù)最重要的一些特征，去除不重要的特征。在空調(diào)運(yùn)行數(shù)據(jù)中，冷水機(jī)組的功率（P）、負(fù)荷（Q）、冷卻水進(jìn)水溫度（tcdw,in）、冷卻水出水溫度（tcdw,out）、冷凍水進(jìn)水溫度（tchw,in）、冷凍水出水溫度（tchw,out）、蒸發(fā)溫度（tevap）和冷凝溫度（tcond）存在一定的關(guān)聯(lián)性與耦合性，對(duì)以上高維度數(shù)據(jù)進(jìn)行降維將大大降低計(jì)算成本。冷水機(jī)組部分運(yùn)行數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 冷水機(jī)組部分運(yùn)行數(shù)據(jù)

特征選擇算法廣泛應(yīng)用于高維數(shù)據(jù)降維領(lǐng)域當(dāng)中，而B(niǎo)oruta算法是特征選擇算法中性能較好的方法，因此通過(guò)使用Boruta算法進(jìn)行能耗特征選擇，從而實(shí)現(xiàn)高維數(shù)據(jù)的降維。Boruta能耗特征選擇算法基于隨機(jī)森林分類器[14]，能夠挖掘出與對(duì)能耗影響最大的運(yùn)行參數(shù)，從而簡(jiǎn)化模型，降低計(jì)算成本。

基于Boruta特征選擇算法的數(shù)據(jù)降維過(guò)程步驟：1）對(duì)原始數(shù)據(jù)集進(jìn)行復(fù)制得到復(fù)制數(shù)據(jù)集；2）復(fù)制數(shù)據(jù)集中的每一列都獨(dú)立地進(jìn)行隨機(jī)行變換，得到陰影特征數(shù)據(jù)集；3）原始數(shù)據(jù)集與陰影特征數(shù)據(jù)集進(jìn)行合并得到混合樣本；4）隨機(jī)選取數(shù)據(jù)樣本和特征組成隨機(jī)森林，使用隨機(jī)森林對(duì)數(shù)據(jù)集進(jìn)行訓(xùn)練并得到各個(gè)特征的重要度值。

在所有的原始特征中，特征重要度大于該最大的影子特征重要度值的記為重要特征，特征重要度小于該最大的影子特征重要度值的記為不重要特征。對(duì)于不重要特征或者重要度值較低的特征，在建模過(guò)程中可以選擇舍棄。

使用Boruta能耗特征選擇算法可以計(jì)算出與冷水機(jī)組功率有關(guān)的所有特征的重要度。如圖3所示，S1、S2和S3分別代表陰影特征最高重要度、陰影特征平均重要度和陰影特征最低重要度；X1～X7依次為負(fù)荷（Q）、冷凍水出水溫度（tchw,out）、冷卻水進(jìn)水溫度（tcdw,in）、冷凍水進(jìn)水溫度（tchw,in）、冷卻水出水溫度（tcdw,out）、蒸發(fā)溫度（tevap）和冷凝溫度（tcond）。冷凝溫度（tcond）是不重要特征，蒸發(fā)溫度（tevap）、冷卻水出水溫度（tcdw,out）和冷凍水進(jìn)水溫度（tchw,in）的重要度值較低，冷卻水進(jìn)水溫度（tcdw,in）、冷凍水出水溫度（tchw,out）和負(fù)荷（Q）的重要度值較高。使用Boruta能耗特征提取方法找到了與冷機(jī)功率關(guān)系最緊密的重要特征：負(fù)荷（Q）、冷卻水進(jìn)水溫度（tcdw,in）、冷凍水出水溫度（tchw,out）。

圖3 冷水機(jī)組能耗特征重要度

2 多冷水機(jī)組系統(tǒng)建模

本文的研究對(duì)象是某自動(dòng)化生產(chǎn)車間的多冷水機(jī)組系統(tǒng)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖4所示。該多冷水機(jī)組水系統(tǒng)包括4臺(tái)冷水機(jī)組（CH1～CH4），冷水機(jī)組的冷凍水側(cè)并聯(lián)配置4臺(tái)相同型號(hào)的變頻離心泵（CHP1～CHP4），冷卻水側(cè)并聯(lián)配置4臺(tái)相同型號(hào)的變頻離心泵（CDP1～ CDP4），冷卻水通過(guò)4臺(tái)相同型號(hào)的濕式冷卻塔（CT1～CT4）進(jìn)行散熱。

圖4 多冷水機(jī)組系統(tǒng)

2.1 冷卻塔建模

中央空調(diào)冷卻塔是一種利用冷卻水和空氣的接觸，將空調(diào)系統(tǒng)的廢熱通過(guò)冷卻水降溫的方式排出的換熱設(shè)備。在冷卻塔的散熱模型研究中，最常用的是Branu提出的冷卻塔模型[15]。Branu模型是在冷卻塔用效能-傳熱單元數(shù)法模型的基礎(chǔ)上，采用機(jī)理分析法建立的模型，可以準(zhǔn)確反映出冷卻塔的散熱過(guò)程。Branu模型的數(shù)學(xué)表達(dá)式如式(1)：

式中，εa為冷卻塔的熱交換率；Ma為空氣的質(zhì)量流量，kg/s；hs,w,in為飽和空氣在冷卻塔入口水溫下的焓值，kJ/kg；ha,in為入口空氣的焓值，kJ/kg。

對(duì)于逆流式冷卻塔，當(dāng)劉易斯數(shù)等于1時(shí)，其熱交換率εa可以表示為：

式中，NTU為傳熱單元數(shù)Mw為冷卻水的質(zhì)量流量，kg/s；c、n為冷卻塔散熱模型的經(jīng)驗(yàn)常數(shù)。

式中，M*為空氣與水的熱效率比；cp為常壓下水的比熱容，kJ/(kg·℃)。

cs為飽和空氣焓值與溫度的微分，可表達(dá)為：

式中，hs,w,in為飽和空氣在冷卻塔出口水溫下的焓值，kJ/kg；Tcdw，in為冷卻水進(jìn)水溫度，℃；Tcdw，out為冷卻水出水溫度，℃。

2.2 離心水泵能耗建模

離心水泵為輸送水的設(shè)備，根據(jù)離心水泵的相似理論，在雷諾自模區(qū)內(nèi)，水泵中流體在不同轉(zhuǎn)速下的狀態(tài)是相似的[16]。同一臺(tái)離心水泵的兩個(gè)相似工況點(diǎn)之間滿足如下關(guān)系：

式中，f為離心水泵的供電頻率，Hz；n為離心水泵轉(zhuǎn)速，r/min；qv為離心水泵流量，kg/s；P為離心水泵功率，kW；下標(biāo)1為離心水泵工作在工頻下；下標(biāo)2為離心水泵工作在實(shí)際供電頻率下。

通過(guò)改變?nèi)~輪轉(zhuǎn)速來(lái)調(diào)節(jié)離心水泵的流量及功率是一種易于實(shí)現(xiàn)的節(jié)能方式，水泵的頻率-流量關(guān)系及頻率-功率關(guān)系可根據(jù)以下關(guān)系式進(jìn)行擬合，其中A0～A2和B0～B1為擬合系數(shù)：

2.3 風(fēng)機(jī)建模

風(fēng)機(jī)是依靠輸入的機(jī)械能，提高氣體壓力并排送氣體的機(jī)械設(shè)備。與離心水泵類似，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速影響風(fēng)機(jī)的流量和功率，風(fēng)機(jī)的頻率與流量關(guān)系、頻率與功率關(guān)系可根據(jù)以下關(guān)系式進(jìn)行擬合，C0～C2和D0～D1為擬合系數(shù)[17]。

2.4 冷水機(jī)組建模

結(jié)合ASHRAE冷水機(jī)組能耗的經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ蚚18]和Boruta能耗特征選擇算法的結(jié)果，確定冷水機(jī)組能耗模型的建模參數(shù)為冷水機(jī)組能耗、冷負(fù)荷、冷卻水進(jìn)水溫度及冷凍水出水溫度，其余重要度值較低的特征和不重要特征選擇舍棄。參照ASHRAE冷水機(jī)組能耗的經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，確定本文冷水機(jī)組的能耗模型表達(dá)式如下，其中E0～E5為擬合系數(shù)。

2.5 系統(tǒng)能耗模型及模型驗(yàn)證

在多冷水機(jī)組系統(tǒng)中，機(jī)組制冷循環(huán)產(chǎn)生的冷凍水輸送給末端設(shè)備，機(jī)組制冷循環(huán)所產(chǎn)生的熱量通過(guò)冷卻水輸送給冷卻塔排放到室外空氣中。冷水機(jī)組通過(guò)冷卻水進(jìn)出水溫度和冷卻塔建立關(guān)聯(lián)，冷卻水泵通過(guò)冷卻水流量分別和機(jī)組子系統(tǒng)和冷卻塔子系統(tǒng)建立關(guān)聯(lián)。如式(14)所示，系統(tǒng)的總能耗為水泵、風(fēng)機(jī)和冷水機(jī)組的能耗之和：

該多冷水機(jī)組系統(tǒng)配置了能源監(jiān)管系統(tǒng)，能夠?qū)Χ嗬渌畽C(jī)組系統(tǒng)的運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與存儲(chǔ)。本文利用該多冷水機(jī)組系統(tǒng)2019-08-01—2019-09-20的24 000組運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行冷水機(jī)組系統(tǒng)的建模及驗(yàn)證，24 000組運(yùn)行數(shù)據(jù)的冷負(fù)荷分布情況如表2所示，室外氣象條件如圖5所示。

圖5 室外溫濕度分布

表2 冷負(fù)荷分布

在24 000組運(yùn)行數(shù)據(jù)中，21 000組運(yùn)行數(shù)據(jù)作為訓(xùn)練集用于建模訓(xùn)練，3 000組運(yùn)行數(shù)據(jù)作為測(cè)試集用于驗(yàn)證模型的準(zhǔn)確性，測(cè)試集從整個(gè)數(shù)據(jù)集中隨機(jī)抽取。對(duì)比預(yù)測(cè)值與實(shí)測(cè)值的偏差是檢驗(yàn)?zāi)Ｐ蜏?zhǔn)確性的通用方法。

圖6所示為測(cè)試集中400組運(yùn)行數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)值與實(shí)測(cè)值的對(duì)比。圖7所示為整個(gè)測(cè)試集中預(yù)測(cè)值與實(shí)測(cè)值誤差分布。由圖7可知，86%的測(cè)試集運(yùn)行數(shù)據(jù)的預(yù)測(cè)值與實(shí)測(cè)值的偏差小于2%。

圖6 測(cè)試集系統(tǒng)能耗預(yù)測(cè)值與實(shí)測(cè)值對(duì)比

圖7 測(cè)試集中預(yù)測(cè)值與實(shí)測(cè)值誤差分布

為了全面量化系統(tǒng)能耗預(yù)測(cè)值與實(shí)測(cè)值的偏差，本文采用平均絕對(duì)百分比誤差（Mean Absolute Percentage Error，MAPE）和相關(guān)性系數(shù)（R2）作為量化指標(biāo)。模型預(yù)測(cè)值和實(shí)際測(cè)量值之間MAPE和R2根據(jù)式(15)和式(16)計(jì)算，其中Pi為預(yù)測(cè)值，Mi為實(shí)測(cè)值：

MAPE越小，R2越大，說(shuō)明模型預(yù)測(cè)值與實(shí)測(cè)值之間的誤差越小，模型的預(yù)測(cè)準(zhǔn)確性越高[19]。如表3所示，能耗預(yù)測(cè)模型的MAPE為1.54%，R2為0.968，說(shuō)明能耗預(yù)測(cè)模型有較高的準(zhǔn)確性。

3 基于PSO算法的優(yōu)化控制策略

為了驗(yàn)證多冷水機(jī)組能耗預(yù)測(cè)模型的可用性，本文利用該能耗預(yù)測(cè)模型，采用基于PSO算法的優(yōu)化控制策略對(duì)冷水機(jī)組系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化控制，并將此優(yōu)化控制策略與常規(guī)順序啟停策略進(jìn)行比較。

3.1 多冷水機(jī)組系統(tǒng)的基本控制

多冷水機(jī)組系統(tǒng)的基本控制回路如圖8所示，包括冷卻水進(jìn)水溫度控制回路、冷卻水進(jìn)出水溫差控制回路、冷水機(jī)組供水溫度控制回路[20]。

圖8 多冷水機(jī)組水系統(tǒng)控制原理

在冷卻水進(jìn)水溫度控制回路中，控制器#1通過(guò)調(diào)整冷卻塔運(yùn)行風(fēng)機(jī)的數(shù)量及其轉(zhuǎn)速，改變冷卻塔的總風(fēng)量，使得冷卻水的進(jìn)水溫度控制在設(shè)定值上；在冷卻水進(jìn)出水溫差控制回路中，控制器#2通過(guò)調(diào)整冷卻泵的運(yùn)行數(shù)量及其轉(zhuǎn)速，改變冷卻水回路的流量，使得冷卻水的進(jìn)出水溫差控制在設(shè)定值上；在冷水機(jī)組供水溫度控制回路中，控制器#3通過(guò)調(diào)整各臺(tái)冷水機(jī)組的啟停狀態(tài)及其所承擔(dān)的負(fù)荷，改變冷水機(jī)組的供水溫度，使冷凍水出水溫度控制在設(shè)定值上。

3.2 基于PSO算法的優(yōu)化控制策略

本文選取冷水機(jī)組冷凍水出水溫度設(shè)定值、冷卻水進(jìn)水溫度設(shè)定值以及機(jī)組負(fù)荷率作為整個(gè)系統(tǒng)實(shí)時(shí)優(yōu)化的控制參數(shù)，冷卻水進(jìn)出水溫差設(shè)定為6 ℃，選取冷卻塔風(fēng)機(jī)、冷水機(jī)組及冷卻水泵總能耗最小作為優(yōu)化控制策略的尋優(yōu)目標(biāo)，提出如圖9所示的尋優(yōu)控制計(jì)算流程，用以實(shí)現(xiàn)冷水機(jī)組系統(tǒng)的優(yōu)化控制。

圖9 粒子系統(tǒng)群優(yōu)化算法的控制計(jì)算流程

機(jī)組優(yōu)化控制問(wèn)題的數(shù)學(xué)表達(dá)式如式(18)所示，約束條件如式(19)～式(22)所示：

式中，Qi為第i臺(tái)機(jī)組所承擔(dān)的冷負(fù)荷，kW；γi為第i臺(tái)機(jī)組的啟停狀態(tài)。0為機(jī)組關(guān)閉，1為運(yùn)行。

上述優(yōu)化問(wèn)題可采用PSO算法求解，相關(guān)參數(shù)配置如表3所示。

表3 優(yōu)化策略的PSO算法參數(shù)配置

3.3 優(yōu)化策略與常規(guī)順序啟停策略的對(duì)比

為了對(duì)比驗(yàn)證優(yōu)化策略的節(jié)能效果，本文引入了常規(guī)順序啟停策略。在常規(guī)順序啟停策略中，各臺(tái)機(jī)組根據(jù)系統(tǒng)承擔(dān)的總冷負(fù)荷按表4順序啟停，冷凍水泵隨配套的機(jī)組啟停，冷卻泵和冷卻塔的開(kāi)啟數(shù)目和機(jī)組開(kāi)啟數(shù)目相同。各運(yùn)行機(jī)組的冷凍水出水溫度設(shè)定為13 ℃，冷卻水進(jìn)水溫度設(shè)定值為30 ℃，冷卻水進(jìn)出水溫差設(shè)定值為6 ℃。

表4 冷水機(jī)組啟停順序

本文選取8月某一天作為典型日進(jìn)行節(jié)能優(yōu)化控制，在典型日多冷水機(jī)組系統(tǒng)全天24 h一直處于運(yùn)行狀態(tài)。圖10所示為該典型日的室外干濕球溫度變化，圖11所示為該典型日室內(nèi)冷負(fù)荷變化。

圖10 典型日室濕球溫度

圖11 典型日冷負(fù)荷

圖12所示為多冷水機(jī)組系統(tǒng)在各策略下的逐時(shí)運(yùn)行能耗，優(yōu)化策略在各個(gè)時(shí)刻的運(yùn)行能耗均低于常規(guī)策略。以常規(guī)策略為基準(zhǔn)，優(yōu)化策略在典型日的節(jié)能百分比為8.31%。

圖12 典型日系統(tǒng)逐時(shí)運(yùn)行能耗

4 結(jié)論

本文以某冷水機(jī)組系統(tǒng)為研究對(duì)象，通過(guò)對(duì)實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)處理和基于設(shè)備經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷幕貧w擬合，建立系統(tǒng)的能耗預(yù)測(cè)模型。在能耗預(yù)測(cè)模型的基礎(chǔ)上，采用基于PSO算法的優(yōu)化控制策略對(duì)冷水機(jī)組系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化控制，并將該策略與常規(guī)策略節(jié)能效果進(jìn)行比較，得出如下結(jié)論：

1）在能耗預(yù)測(cè)模型中，86%的測(cè)試集預(yù)測(cè)值與實(shí)測(cè)值的偏差小于2%，測(cè)試集能耗預(yù)測(cè)模型的平均絕對(duì)百分比誤差（MAPE）為1.54%，相關(guān)性系數(shù)（R2）為0.968，能耗預(yù)測(cè)模型在保證簡(jiǎn)潔性的基礎(chǔ)上有較高的準(zhǔn)確性；

2）與常規(guī)控制策略相比，基于能耗預(yù)測(cè)模型的優(yōu)化控制策略在典型日的節(jié)能百分比為8.31%，驗(yàn)證了能耗預(yù)測(cè)模型應(yīng)用于冷水機(jī)組系統(tǒng)優(yōu)化控制中的有效性。