基于需求预测的泳池热泵多目标优化调度方法及系统与流程

本发明属于泳池热泵控制，尤其涉及基于需求预测的泳池热泵多目标优化调度方法及系统。

背景技术：

1、泳池热泵用于补偿池水在蒸发、对流、辐射及池壁传热过程中产生的热量损失，并在预约开放、集中使用或日常恒温时使池水达到规定温度。现有泳池热泵通常采用水温上下限控制方式，在检测水温低于设定下限时启动热泵，在水温高于设定上限时停止热泵；部分控制系统进一步设置峰、平、谷电价时段，使热泵在低价时段优先运行，在高价时段减少运行。较为接近的现有技术还会获取未来分时电价、热泵性能及泳池热量需求的预测结果，并以购电成本、水温偏差、压缩机启停、设备磨损和运行效率作为调度依据，确定未来若干时段的启停状态、运行模式或压缩机频率。

2、这类方案能够在一定程度上利用池水热惯性提前制热，但在实际工程中，未来热量需求与热泵运行能力之间并不是简单的总量对应关系。泳池具有水体容量大、升温速度慢、供热传递路径长和用池时刻明确等特点，热泵在某一时段产生热量后，还需要经过稳定产热、水路输送和池水混合，才能对泳池平均水温产生作用；提前输入池水的热量又会随着距离用池时刻的延长而逐渐损失。因此，某一运行时段的普通产热量不能直接作为某一用池时刻的可用热量，同一次运行在不同用池截止时刻所保留的有效热量也并不相同。现有方案通常按照逐时热量缺口或者累计热量需求安排热泵运行，难以准确判断某项热量需求最迟应当从何时开始完成、未来剩余时段能否在满足设备启停和频率调节条件的情况下提供足够热量，也难以识别哪些较早时段允许承担预热任务以及提前供热达到何种程度会造成水温超调和额外散热。当同一泳池存在多个连续用池任务时，较早时段产生的热量会在不同截止时刻形成不同的保留状态，若将其分别作为多个任务的独立供热量进行处理，容易出现同一次设备运行被重复计入或者前一任务形成的池水蓄热未被后一任务合理利用。

3、与此同时，直接在全部未来时段中比较电价和运行能效，还可能选择电费较低但无法与热泵当前状态连续衔接的运行组合，例如在最短运行时间尚未结束时安排停机，在最短停机时间尚未结束时安排启动，或者在临近用池时刻才发现剩余时段的最大供热能力不足。

技术实现思路

1、本发明公开了基于需求预测的泳池热泵多目标优化调度方法及系统，以解决上述背景技术中提出的问题。

2、为了达到上述目的，本发明第一方面提供了基于需求预测的泳池热泵多目标优化调度方法，所述方法包括：

3、获取分时电价预测结果、热泵变工况性能预测结果、池级用池计划和热泵当前运行状态；

4、根据所述池级用池计划中的用池截止时刻和设施级目标水温范围，生成截止热任务，所述截止热任务包含所需补充热量和任务可接收有效热量上限；

5、以调度时段为单元生成候选运行工况，根据所述候选运行工况的稳定产热时间、水路输送时间、池水混合时间及提前供热保留比例，确定所述候选运行工况在所述用池截止时刻形成的到期有效热量；

6、根据设备状态衔接条件将所述候选运行工况连接形成运行路径，根据所述到期有效热量和所述所需补充热量确定最迟供热边界，筛选同时满足每个所述截止热任务的联合可行路径，形成截止任务可行调度域；

7、在所述截止任务可行调度域中，按照购电支出、水温偏差和设备运行损耗的分层关系筛选目标运行路径，根据所述目标运行路径生成当前控制时段的设备控制指令并执行。

8、进一步地，所述根据所述池级用池计划中的用池截止时刻和设施级目标水温范围，生成截止热任务，包括：

9、根据现场调试形成的泳池等效热容量，将所述设施级目标水温范围中的目标水温下限转换为所述所需补充热量，将所述设施级目标水温范围中的目标水温上限转换为所述任务可接收有效热量上限；

10、对于同一泳池具有时间先后关系的至少两个截止热任务，按照所述用池截止时刻建立前序关系，使后一截止热任务记录前一截止热任务编号。

11、进一步地，所述方法还包括：

12、以本次调度开始时刻为起点建立覆盖未来一周的调度时间轴；

13、将电价变化时刻、性能变化时刻、所述用池截止时刻、当前控制时段边界和调度周期结束时刻作为分段点；

14、将相邻所述分段点之间的连续时间范围确定为所述调度时段。

15、进一步地，所述以调度时段为单元生成候选运行工况，包括：

16、首个所述调度时段的所述候选运行工况从所述热泵当前运行状态开始展开；

17、后续所述候选运行工况根据前一所述候选运行工况离开所述调度时段时的启停状态、连续状态持续时间、运行模式和压缩机频率生成；

18、相邻所述候选运行工况在启停状态转换满足最短运行时间和最短停机时间、运行模式转换满足模式转换条件、压缩机频率变化处于频率允许范围内时建立衔接关系。

19、进一步地，所述根据所述候选运行工况的稳定产热时间、水路输送时间、池水混合时间及提前供热保留比例，确定所述候选运行工况在所述用池截止时刻形成的到期有效热量，包括：

20、从所述用池截止时刻向前扣除所述水路输送时间和所述池水混合时间，得到最晚有效产热时刻；

21、将所述候选运行工况扣除启动过渡时间和模式转换时间后形成稳定产热区间；

22、将所述稳定产热区间与所述最晚有效产热时刻之前时间范围的重合部分作为有效供热时长；

23、根据所述有效供热时长、稳定运行输入功率、所述热泵变工况性能预测结果中的性能系数预测值以及所述提前供热保留比例，计算得到所述到期有效热量。

24、进一步地，所述根据所述到期有效热量和所述所需补充热量确定最迟供热边界，包括：

25、从所述用池截止时刻向前沿所述候选运行工况之间的衔接关系，逆序计算剩余最大供热能力；

26、将不同时间位置对应的所述剩余最大供热能力与所述所需补充热量进行比较；

27、将所述剩余最大供热能力首次达到所述所需补充热量对应的时间位置，确定为所述最迟供热边界。

28、进一步地，所述筛选同时满足每个所述截止热任务的联合可行路径，形成截止任务可行调度域，包括：

29、对于每个所述调度时段，将所述调度时段中的全部候选运行工况暂时删除，判断是否仍存在同时满足每个所述截止热任务的完整路径；

30、删除后不存在所述完整路径时，将所述调度时段标记为必要保留时段；

31、对于同一所述调度时段中具有相同进入状态和离开状态的候选运行工况，进行支配筛选，保留针对每个所述截止热任务形成的所述到期有效热量均不低于另一候选运行工况且完整耗电量不高于所述另一候选运行工况的候选运行工况；

32、保留包含所述必要保留时段和支配筛选后候选运行工况的所述联合可行路径，形成所述截止任务可行调度域。

33、进一步地，所述在所述截止任务可行调度域中，按照购电支出、水温偏差和设备运行损耗的分层关系筛选目标运行路径，包括：

34、计算每条所述联合可行路径的所述购电支出，保留所述购电支出未超过最低购电支出与购电支出接近范围之和的所述联合可行路径；

35、在保留的所述联合可行路径中，计算每个所述截止热任务的热量偏差，优先保留所述热量偏差较小的所述联合可行路径；

36、当剩余所述联合可行路径的所述购电支出和所述热量偏差处于相同筛选结果时，依次比较压缩机启停状态变化次数、高负荷运行时长和频率变化次数，保留数值较小的所述联合可行路径；

37、当剩余所述联合可行路径的数量大于1时，比较总耗电量，选择所述总耗电量较低的所述联合可行路径作为所述目标运行路径。

38、进一步地，所述根据所述目标运行路径生成当前控制时段的设备控制指令并执行，包括：

39、按照候选运行工况编号提取各所述调度时段的开始时刻、结束时刻、启停状态、运行时长、运行模式、压缩机频率和循环水泵状态，形成未来一周时序调度方案；

40、根据设备固定参数中的当前控制时段长度，从所述未来一周时序调度方案中提取所述当前控制时段对应的候选运行工况，形成所述设备控制指令；

41、将所述设备控制指令通过热泵通信接口写入热泵控制器的指令寄存区，使所述热泵控制器按照所述设备控制指令控制循环水泵和压缩机。

42、在本发明的第二方面提供了基于需求预测的泳池热泵多目标优化调度系统，所述系统包括：

43、数据获取模块，用于获取分时电价预测结果、热泵变工况性能预测结果、池级用池计划和热泵当前运行状态；

44、任务生成模块，用于根据所述池级用池计划中的用池截止时刻和设施级目标水温范围，生成截止热任务，所述截止热任务包含所需补充热量和任务可接收有效热量上限；

45、映射计算模块，用于以调度时段为单元生成候选运行工况，根据所述候选运行工况的稳定产热时间、水路输送时间、池水混合时间及提前供热保留比例，确定所述候选运行工况在所述用池截止时刻形成的到期有效热量；

46、调度域形成模块，用于根据设备状态衔接条件将所述候选运行工况连接形成运行路径，根据所述到期有效热量和所述所需补充热量确定最迟供热边界，筛选同时满足每个所述截止热任务的联合可行路径，形成截止任务可行调度域；

47、路径求解与执行模块，用于在所述截止任务可行调度域中，按照购电支出、水温偏差和设备运行损耗的分层关系筛选目标运行路径，根据所述目标运行路径生成当前控制时段的设备控制指令并执行。

48、本发明的有益技术效果在于：建立了以具体用池截止时刻为基准的热量需求与实际供热能力对应关系，能够准确判断某项热量需求最迟应当从何时开始完成，以及未来剩余时段能否提供足够热量。其次，通过计算候选运行工况在不同任务截止时刻形成的到期有效热量，并利用统一的工况编号描述热量延续状态，有效避免了同一次设备运行被重复计入或前一任务形成的池水蓄热未被后一任务合理利用的问题。再次，在同时满足全部截止热任务、池水允许储热范围及设备连续运行条件的可行调度范围内进行分层筛选，避免了选择无法与设备当前状态连续衔接的运行组合。最后，将低价时段预热与截止时刻达温约束同时纳入控制，在保证按时达温的前提下，有效避免过度预热，显著降低购电支出，同时减少设备启停次数并限制高负荷运行，实现了经济性与设备寿命的多目标优化。