基于相似日选择的区域冰蓄冷空调系统负荷预测及优化运行研究

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近年来,大型区域供冷系统不断发展,而区域供冷系统与冰蓄冷技术结合,不仅可以实现移峰填谷、平衡电网,而且还可以利用分时电价差降低运行费用,已经得到越来越广泛地应用。但是,由于区域冰蓄冷系统规模庞大、设备多样、运行控制复杂,若运营不当,系统将难以经济高效运行。因此,为充分发挥区域冰蓄冷空调系统的优越性,本文以重庆市某区域冰蓄冷系统为例,探究了基于负荷预测的冰蓄冷空调系统优化运行策略。首先,对建筑负荷预测研究现状以及冰蓄冷系统优化控制策略研究现状进行了系统地分析与阐述。然后从实际工程出发,采集重庆某能源站夏季典型月份的运行数据,对该能源站的运行现状与优化空间进行分析。随后,利用系统聚类方法,对空调负荷日期类型进行识别和分类,得到五种星期类型,作为预测模型的重要输入特征之一。此外还综合分析了其它影响日负荷特性的因素,并使用Spearman秩相关系数法对各影响因素进一步筛选与降维,确定预测模型输入参数。由于建立准确的建负荷预测模型是系统节能优化运行策略的重要依据,因此接下来本文基于相似日选择,耦合了全局寻优能力优秀的MFO算法,建立了SDMFO-SVR组合负荷预测模型。对于相似日的选择,综合考虑区域供冷系统的各项负荷影响因素,选取了气象因子、时间距离因子、星期类型因子为相似度的评估信息,并充分考虑“周期性”和“近大远小”规则,基于灰色关联分析构建了适当的相似评价函数,挑选出合理相似日作为训练样本。然后利用MFO算法优化SVR网络参数,建立了SD-MFO-SVR组合负荷预测模型,并与相似日预测法(SD)、BP网络预测法、ε-SVR预测法、SD-SVR预测法进行综合对比,实验结果表明,混合预测模型能有效提升预测精度,其工作日和休息日的平均绝对百分比误差(MAPE)分别为8.08%和14.14%。接着,通过参数辨识方法建立了区域冰蓄冷空调系统的各个主要设备的能耗模型,并以系统逐时负荷分配、冷机逐时出水温度为优化变量,以用户侧运行费用最小和电价尖峰时段内系统最大用电功率最低为控制目标,建立系统的优化控制数学模型,同时针对单一寻优算法容易陷入局部最优的问题,利用GA-PSO算法对优化模型进行求解。然后对比分析了不同负荷率下优化控制策略与传统控制策略的运行情况,结果证明在不同负荷率下,优化控制策略均能有效降低运行电费的同时和尖高峰电价段的最大需求功率,很好地兼顾了用户侧经济效益和电网侧经济效益等。最后,针对优化控制策略的具体实现过程,总结了控制系统的总体框架与设计思路,并考虑负荷预测误差的影响,在离线优化的前馈开环控制系统上,添加一个反馈控制环路形成闭环,以指导系统在原先离线优化结果的基础上对冷机出力与蓄冰槽出力进行适时微调。
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