基于粒子群与控制误差回馈的BP神经网络冷负荷预测及动态目标控制

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由于建筑能耗占社会总能耗的30%左右,建筑节能已成为节能减排的重要内容之一,而空调系统是建筑能耗的中的用电大户,据统计,一般中央空调的能耗约占建筑总能耗的50%左右,因此建筑空调系统的是否节能、对能耗是否降低、建筑是否节能起着关键的作用。对于空调节能,如何使得空调系统能耗和运行费用最小化,提高空调系统经济效益,是一个棘手又必须解决的问题,预测控制为空调节能提供了有效的途径,在满足建筑冷负荷前提下尽量减少不必要的浪费,根据建筑实际冷负荷进行调节控制。精确的冷负荷预测是空调系统运行管理有效依据,同时也是预测控制的基础,提高控制调节的可预见性及系统的稳定性。本文以建筑空调系统节能为目标,基于“预测指导控制,控制修正预测”的思想,研究及分析冷负荷预测技术,结合控制与反馈,提出基于粒子群与控制误差回馈改进BP神经网络的建筑冷负荷预测技术,构建建筑冷负荷预测及动态目标自适应控制模型,并应用于实际建筑中。本文研究主要研究工作及成果有以下几个方面:首先,系统论述了建筑冷负荷预测发展及研究现状,描述冷负荷预测意义,分析了建筑冷负荷预测特点及原理,对冷负荷预测技术进行介绍,并提出存在问题。其次,系统描述人工神经网络理论、粒子群算法及供冷控制,对人工神经网络,着重对BP神经网络算法原理和改进方法进行研究,包括数学形式,网络结构,输入参数,学习算法,叙述了BP神经网络的应用。对粒子群算法,介绍其相关知识,优化原理,算法流程,并指出粒子群算法的优点,与BP结合进行互补效果的可行性分析。对供冷控制,着重描述自适应控制理论,对自适应控制的原理,内容,控制流程,应用场景进行详细介绍。第三,使用BP神经网络对建筑冷负荷进行预测,针对BP神经网络预测方法收敛慢,易陷入局部最优,精度相对低的缺点,采用收敛速度快,全部搜索能力强的粒子群优化算法进行改进,同时对于BP神经网络结构中的输入参数,添加控制误差反馈参数,形成基于粒子群与控制误差回馈的改进BP神经网络预测技术(PSO-CEF-BPNN),充分互补粒子群与BP神经网络,提升预测精度。第四,结合预测值及建筑空调系统实际运行控制参数,提出基于动态目标值的建筑冷负荷自适应控制方法(DTAC),该方法以空调节能为目标,以预测技术为基础,以预测值为控制目标值,对建筑供冷进行实时自适应调节控制,控制的过程按时间段进行控制细分,结合建筑实际能耗情况,计算控制误差值,并动态调节目标值,以改进后续控制,使控制趋近目标值,从而达到在满足建筑冷负荷前提下尽量减少不必要的浪费,根据建筑实际冷负荷进行调节控制的节能目标。另外,不同时间段的控制误差反传到预测模型中,作为预测输入的参数,进而修正预测模型。最后,对某建筑进行大量数据采集,为冷负荷预测模型提供样本数据,结合冷负荷预测值和动态目标值的自适应控制方法。构建模型,编写程序实现对建筑供冷的控制。在实验测定的样本数据基础上,分析预测的误差及实际控制的效果,并通过建筑供冷数据对比,验证了本模型是能达到按供冷量需求动态调节,达到节能的效果。
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