基于遗传算法的集中式电采暖系统优化控制研究

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目前,我国北方地区逐渐推行使用清洁能源的采暖方式,并取得了良好的经济效益。电采暖因具有灵活、稳定、安全等特点受到广泛关注,其用户数量日益增多。但我国对电采暖建筑的运行策略研究相对较少,对电能的合理利用还有待进一步的加强。传统的电采暖调节方法是一种基于实时室温的自反馈调节,大多是对室内温控设备编程,通过对比实时室温与设定温度的差值,进而判断是否开启末端加热装置对房间加热。这种调节方法充分利用了电采暖的灵活性,能较好的保证室内的热舒适度,满足不同使用人员的需求。但是,其缺点在于没有考虑用电的成本,只能根据室温的变化进行调控。而我多处地区由于电网负荷不均,系统的调峰和容纳能力等限制因素,制定了相关的峰谷电价政策,鼓励夜间用电。另一方面,由大量研究成果表明,建筑围护结构本身就具有较大的蓄热特性,若将其加以利用可以减少对能源的浪费,提高采暖的经济性。本文研究意义在于对已有的电采暖建筑运行策略进行优化。通过建立电采暖建筑运行优化模型,并使用遗传算法对其求解。实现了对传统运行策略的优化,达到了将电采暖负荷的灵活性与建筑物的蓄热特性相结合的目的,间接的促进电采暖负荷对弃风电量的消耗。首先,为实现房间温度的精确模拟,本文对建筑物的围护结构进行了详细的理论建模,其中主要考虑了太阳的辐射作用和墙体传热量的动态变化,并将影响室内空气温度变化的因素归纳总结,推导出室温的动态热平衡方程。然后,建立以经济性为目标的电采暖建筑运行优化模型,该模型以建筑物热动态规律为约束条件,并选取考虑峰谷电价的电热膜启停时间为优化参数。最后,采用遗传算法与仿真模型相结合,对优化目标函数进行求解。以工程实际案例为基础,在模型精度满足工程实际要求的前提下,以仿真模型计算出的室内温度为判断依据,选出热舒适度最高的室温波动值;以实时热负荷为基础,对电热膜分组启动的方式进行模拟验证。结果表明,电热膜实行分组启动的方式时,有助于降低房间的能耗,减少电能的浪费,验证了该方案的可行性;最后,将遗传算法优化后的运行策略与传统调节方式进行对比分析。结果表明,经遗传算法优化后的运行策略,在能耗和经济性方面具有明显的优势,可以节约16%的运行费用。
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