[发明专利]一种应用于太阳能中央热水系统的热水储量控制方法

摘要

本专利涉及一种应用于太阳能中央热水系统的热水储量控制方法，特别是一种能够结合用户历史用水特征和当前环境参数的应用于太阳能中央热水系统的热水储量控制方法。本专利的目的是改造传统太阳能中央热水系统的热水储量控制方法，设计一种应用于太阳能中央热水系统的热水储量控制的模型，即将用户历史用水数据与当前环境参数结合计算太阳能中央热水系统的热水储量的最优化值并应用于太阳能中央热水系统的热水储量控制的方法，从而实现有效提高太阳能中央热水系统的热效率。

主权项

一种应用于太阳能中央热水系统的热水储量控制方法，首先设置太阳能中央热水系统中的初始算法相关参数，包括种群规模、交叉概率、变异概率，之后获取由现场装置发回的参数，编码并初始化种群，最后计算新种群的适应度，得到最优解，其特征在于所述的控制方法，还包括根据式(7)计算初始化的个体适应度；所述的个体适应度计算式(7)，具体推算过程如下：设定太阳能中央热水系统每天的运行周期的时段[1,T]内向用户提供热水，热水的热量源于太阳能集热板以及辅助加热设备产生的热量，用于用户使用、库存剩余以及散热损失，那么，整个周期(T)内通过辅助设备加热的热水热量表示如(1)式所示：Σt=1T(c·ξt·T0+c·xt·T0+k·(T0-Tst)-c·(xt+ξt)·Tt)---(1)]]>式(1)中，c为水比热容；T0为用户需水温度；k为系统能量散失系数；ξt为第t时段用户用水量，Tst为第t时段系统水箱温度，Tt为第t时段集热器出水水温；xt为第t时段系统需库存水量；那么每个时段t内，用户需要的热水量和库存的热水量不可超过储水箱的体积(V)，即：V‑xt＞ξt为使一天多个时段内的辅助加热总和最小，本发明建立控制模型f(X,ξ)如式(2)所示：f(X,ξ)=minΣt=1T(c·ξt·T0+c·xt·T0+k·(T0-Tst)-c·(xt+ξt)·Tt)s.t.0≤Tst≤100,t=1,2,3,...,Tξt≥0,t=1,2,3,...,TV-xt>ξt,t=1,2,3,...,T---(2);]]>式中，目标函数为其约束条件为记：X＝(x1,x2,...,xT),ξ＝(ξ1,ξ2,...,ξT)；f(X,ξ)=Σt=1T(c·ξt·T0+c·xt·T0+k·(T0-Tst)-c·(xt+ξt)·Tt)]]>管理者预先设定辅助加热期望值(Qaux0)，并希望f(X,ξ)≤Qaux0的可信度要尽可能大，那么，结合可信理论中的相关机会约束规划方法进一步描述，即：maxCr{f(X,ξ)≤Qaux0}     (3)而在实际的热水生产过程中，由于用户用水需求的不稳定性，发明设计的方法只需要在一定程度上满足约束条件即可，那么，再利用可信理论中的模糊机会约束规划方法描述式(2)中的约束条件，即在预先给定某一置信水平(α)的基础上使约束条件的可信度大于或者等于α，表达如下：综上，太阳能热水系统最优储水量的可信性规划模型描述如(4)式所示：maxCr{f(X,ξ)≤Qaux0}s.t.0≤Tst≤100,t=1,2,3,...,Tξt≥0,t=1,2,3,...,TCr{V-xt>ξt}≥α,t=1,2,3,...,T---(4);]]>式(4)中，Cr{·}为事件{·}的可信性；由于用户需水的模糊性，因此假设用户用水量(ξt)为梯形模糊变量，记为ξt＝(ξt1，ξt2，ξt3，ξt4)，该式一个等价的语义描述是：管理者认为用户用水量最有可能的取值范围在[ξt2，ξt3]之中，管理者对用户用水量的估计不会低于ξt1且不会高于ξt4，模型中f(X,ξ)是关于ξt的线性函数，根据Zadeh扩展原理可知f(X,ξ)仍然为梯形模糊变量，记：f(X,ξ)＝(r1(x),r2(x),r3(x),r4(x))；设式(4)中Cr{f(X,ξ)≤Qaux0}为g(x)可得式(5)：g(x)=0,Qaux0≤r1(x)Qaux0-r1(x)2(r2(x)-r1(x)),r1(x)<Qaux0≤r2(x)0.5,r2(x)<Qaux0≤r3(x)Qaux0-2r3(x)+r4(x)2(r4(x)-r3(x)),r3(x)<Qaux0≤r4(x)1,other---(5);]]>其中:r1(x)=Σt=1T(c·ξt1·T0+c·xt·T0+k·(T0-Tst)-c·(xt+ξt1)·Tt);r2(x)=Σt=1T(c·ξt2·T0+c·xt·T0+k·(T0-Tst)-c·(xt+ξt2)·Tt);r3(x)=Σt=1T(c·ξt3·T0+c·xt·T0+k·(T0-Tst)-c·(xt+ξt3)·Tt);r4(x)=Σt=1T(c·ξt4·T0+c·xt·T0+k·(T0-Tst)-c·(xt+ξt4)·Tt);]]>根据实际情况考虑置信水平不小于0.5的情况可得Cr{V-xt≥ξt}≥α⇔V-xt≥2(1-α)ξt3+2(α-1)ξt4---(6);]]>(三)综合式子(5)与式子(6)的推算将式子(4)清晰化后得到式(7)：maxg(x)s.t.0≤Tst≤100,t=1,2,3,...,Tξt≥0,t=1,2,3,...,TV-xt≥2(1-α)ξt3+2(α-1)ξt4,t=1,2,3,...,T---(7)]]>式中，maxg(x)即为种群适应度计算的目标函数，目标函数对应的前提条件如下：