本發(fā)明涉及暖通空調(diào)，特別是一種基于多級(jí)循環(huán)的二次網(wǎng)溫度控制方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、二次網(wǎng)溫度控制是集中供熱系統(tǒng)中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，其控制效果直接影響到用戶的用熱體驗(yàn)和能源的利用效率。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民生活水平的提高，對(duì)供熱質(zhì)量的要求也越來越高，因此，二次網(wǎng)溫度控制技術(shù)的優(yōu)化和改進(jìn)成為行業(yè)內(nèi)的研究熱點(diǎn)。

2、在現(xiàn)有的技術(shù)中，二次網(wǎng)溫度控制多采用單一的循環(huán)機(jī)制，通過調(diào)節(jié)循環(huán)流量或改變傳熱面積來實(shí)現(xiàn)溫度控制。然而，這種控制方式存在著一定的局限性。首先，單一的循環(huán)機(jī)制難以實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的精確控制，特別是在負(fù)荷變化劇烈或環(huán)境溫度波動(dòng)較大的情況下，系統(tǒng)的穩(wěn)定性和響應(yīng)速度都無法滿足高精度控制的需求。其次，現(xiàn)有技術(shù)中的控制系統(tǒng)缺乏有效的預(yù)測(cè)功能，無法根據(jù)歷史數(shù)據(jù)和外部環(huán)境因素預(yù)測(cè)二次網(wǎng)的溫度變化趨勢(shì)，從而無法實(shí)現(xiàn)前瞻性的調(diào)控。

3、本發(fā)明的技術(shù)方案通過引入多級(jí)循環(huán)機(jī)制和預(yù)測(cè)單元，有效地克服了現(xiàn)有技術(shù)的不足。多級(jí)循環(huán)機(jī)制通過設(shè)置主循環(huán)和多級(jí)輔助循環(huán)，結(jié)合熱交換器，實(shí)現(xiàn)了更加靈活和精確的溫度控制。預(yù)測(cè)單元的引入，使得系統(tǒng)能夠根據(jù)歷史數(shù)據(jù)和外部環(huán)境因素預(yù)測(cè)二次網(wǎng)的溫度變化，從而提前調(diào)整熱量傳遞過程，優(yōu)化控制效果。此外，本發(fā)明還采用了光纖光柵傳感器來收集溫度數(shù)據(jù)，結(jié)合先進(jìn)的數(shù)據(jù)分析算法，確保了溫度控制的實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性。

4、綜上所述，本發(fā)明在二次網(wǎng)溫度控制的方法上進(jìn)行了創(chuàng)新性的改進(jìn)，通過多級(jí)循環(huán)機(jī)制、預(yù)測(cè)單元的引入以及光纖光柵傳感器的應(yīng)用，提高了溫度控制的精確度、穩(wěn)定性和響應(yīng)速度，實(shí)現(xiàn)了供熱系統(tǒng)的優(yōu)化運(yùn)行，具有重要的實(shí)用價(jià)值和廣闊的應(yīng)用前景。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、鑒于上述現(xiàn)有存在的問題，提出了本發(fā)明。本發(fā)明通過在每個(gè)循環(huán)單元中安裝光纖光柵傳感器，收集溫度數(shù)據(jù)并生成控制信號(hào)，再通過數(shù)據(jù)分析算法處理數(shù)據(jù)，確定當(dāng)前溫度與期望溫度之間的偏差。然后構(gòu)建多級(jí)循環(huán)機(jī)制，包括主循環(huán)和多級(jí)輔助循環(huán)，通過熱交換器進(jìn)行熱量傳遞和溫度調(diào)控。系統(tǒng)會(huì)根據(jù)數(shù)據(jù)分析結(jié)果自動(dòng)反饋，如果溫度偏離了預(yù)設(shè)范圍，系統(tǒng)將啟動(dòng)補(bǔ)償調(diào)節(jié)機(jī)制，使系統(tǒng)保持動(dòng)態(tài)穩(wěn)定。通過這種方式，實(shí)現(xiàn)對(duì)二次網(wǎng)溫度的精確控制和優(yōu)化，提高能源利用效率，降低運(yùn)行成本，保證用戶端的供熱質(zhì)量。

2、為解決上述技術(shù)問題，提出了一種基于多級(jí)循環(huán)的二次網(wǎng)溫度控制方法，包括，

3、在每個(gè)循環(huán)單元中安裝光纖光柵傳感器，收集溫度數(shù)據(jù)生成控制信號(hào)并通過數(shù)據(jù)分析算法處理數(shù)據(jù)，確定當(dāng)前溫度與期望溫度之間的偏差；構(gòu)建多級(jí)循環(huán)機(jī)制包括主循環(huán)和多級(jí)輔助循環(huán)，每次循環(huán)布置一個(gè)熱交換器進(jìn)行熱量傳遞，進(jìn)行溫度調(diào)控和熱量交換；根據(jù)數(shù)據(jù)分析結(jié)果，系統(tǒng)自動(dòng)反饋，如果溫度偏離了預(yù)設(shè)范圍，系統(tǒng)將啟動(dòng)補(bǔ)償調(diào)節(jié)機(jī)制，使系統(tǒng)保持動(dòng)態(tài)穩(wěn)定。

4、作為本發(fā)明所述的一種基于多級(jí)循環(huán)的二次網(wǎng)溫度控制方法的一種優(yōu)選方案，其中：所述收集溫度數(shù)據(jù)包括通過光纖光柵傳感器收集的當(dāng)前循環(huán)單元的溫度數(shù)據(jù)，周圍環(huán)境的溫度，系統(tǒng)當(dāng)前的負(fù)荷情況，歷史時(shí)間內(nèi)的溫度變化趨勢(shì)，用戶設(shè)定的期望溫度，循環(huán)系統(tǒng)中的流體流量。

5、作為本發(fā)明所述的一種基于多級(jí)循環(huán)的二次網(wǎng)溫度控制方法的一種優(yōu)選方案，其中：所述數(shù)據(jù)分析算法包括將光纖光柵沿傳感器管道布置，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)管道內(nèi)流體的溫度，當(dāng)溫度發(fā)生變化時(shí)，光纖光柵傳感器會(huì)輸出對(duì)應(yīng)的波長信號(hào)，通過數(shù)據(jù)分析算法對(duì)信號(hào)進(jìn)行分析和處理，得到實(shí)時(shí)的溫度數(shù)據(jù)：

6、

7、δt＝|t′-tref|

8、其中，t代表實(shí)時(shí)的溫度數(shù)據(jù)，λ是光纖光柵輸出的波長信號(hào)，λ0是參考波長，an是第n個(gè)高斯函數(shù)的振幅，λn是第n個(gè)高斯函數(shù)的中心波長，σ是高斯函數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)差，n是高斯函數(shù)的數(shù)量，tmin和tmax分別是溫度的最小值和最大值，α是光纖光柵的熱膨脹系數(shù)，t'是當(dāng)前測(cè)量溫度，tref是期望溫度，c是常數(shù)項(xiàng)，用于調(diào)整函數(shù)的基準(zhǔn)，μt是溫度分布的均值，σt是溫度分布的標(biāo)準(zhǔn)差。

9、作為本發(fā)明所述的一種基于多級(jí)循環(huán)的二次網(wǎng)溫度控制方法的一種優(yōu)選方案，其中：所述多級(jí)循環(huán)機(jī)制包括主循環(huán)、多級(jí)輔助循環(huán)和預(yù)測(cè)單元，所述主循環(huán)負(fù)責(zé)將熱量從熱源傳遞到二次網(wǎng)，所述多級(jí)次循環(huán)包括每個(gè)輔助循環(huán)負(fù)責(zé)調(diào)控一個(gè)特定的溫度范圍。

10、所述主循環(huán)包括通過光纖光柵收集熱源和二次網(wǎng)的實(shí)時(shí)溫度數(shù)據(jù)，根據(jù)溫度差，控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)熱源向二次網(wǎng)傳遞熱量的速率，持續(xù)監(jiān)測(cè)二次網(wǎng)的溫度變化，并根據(jù)輔助循環(huán)的結(jié)果調(diào)整熱量傳遞速率：

11、

12、保持溫度在預(yù)定范圍內(nèi)，將實(shí)際溫度數(shù)據(jù)反饋至控制系統(tǒng)，用于下一次循環(huán)的決策。

13、所述多級(jí)輔助循環(huán)包括初級(jí)循環(huán)以及末級(jí)循環(huán)，控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)末級(jí)循環(huán)的實(shí)際溫度，并與設(shè)置的目標(biāo)溫度ts進(jìn)行比較，如果實(shí)際溫度低于ts，控制系統(tǒng)會(huì)增加初級(jí)循環(huán)的熱量供應(yīng)，減少末級(jí)循環(huán)中冷水的混合比例，如果實(shí)際溫度高于ts，控制系統(tǒng)會(huì)減少初級(jí)循環(huán)的熱量供應(yīng)，增加次級(jí)循環(huán)中冷水的混合比例。

14、所述初級(jí)循環(huán)是接近熱源的循環(huán)溫度高，通過調(diào)節(jié)熱源的供熱量來控制，所述末級(jí)循環(huán)是接近用戶的循環(huán)，溫度是用戶所需的供水溫度，通過精細(xì)調(diào)節(jié)混合閥控制溫水與冷水混合比例混合：

15、

16、其中，f是控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)熱量的速率函數(shù)，t是二次網(wǎng)的實(shí)時(shí)溫度，ts是設(shè)置的目標(biāo)溫度，k是溫度調(diào)節(jié)系數(shù)，是溫度變化率，是指數(shù)函數(shù)，描述溫度差對(duì)熱量傳遞速率的影響，pi是第i個(gè)輔助循環(huán)的熱量供應(yīng)，ti是第i個(gè)輔助循環(huán)的溫度差，a是輔助循環(huán)的數(shù)量，g是控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)熱量供應(yīng)和冷水混合比例的函數(shù)，tp是初級(jí)循環(huán)的實(shí)時(shí)溫度，tset為控制參數(shù)的目標(biāo)溫度，tm是末級(jí)循環(huán)的實(shí)時(shí)溫度，sinh用于描述溫度差對(duì)熱量供應(yīng)和冷水混合比例的影響，qj是第j個(gè)輔助循環(huán)的熱量供應(yīng)，hj是第j個(gè)輔助循環(huán)的冷水混合比例。

17、作為本發(fā)明所述的一種基于多級(jí)循環(huán)的二次網(wǎng)溫度控制方法的一種優(yōu)選方案，其中：所述預(yù)測(cè)單元包括預(yù)測(cè)二次網(wǎng)的溫度變化趨勢(shì)，并根據(jù)預(yù)測(cè)結(jié)果調(diào)整主循環(huán)和輔助循環(huán)的熱量傳遞過程。

18、收集二次網(wǎng)的初始溫度t0、時(shí)間常數(shù)τ1、調(diào)整系數(shù)c1和c2、外部因素影響量qb、外部因素發(fā)生的時(shí)間點(diǎn)tb以及方差2σ2，對(duì)收集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，包括去除異常值、填補(bǔ)缺失值，通過最小化預(yù)測(cè)誤差來優(yōu)化c1、c2、τ1和σ2參數(shù)，使用機(jī)器學(xué)習(xí)算法來學(xué)習(xí)歷史數(shù)據(jù)中的模式訓(xùn)練模型，進(jìn)行溫度預(yù)測(cè)：

19、

20、其中，t(t)表示在時(shí)間t時(shí)的二次網(wǎng)溫度預(yù)測(cè)值，t0是初始時(shí)間點(diǎn)，c1和c2調(diào)整系數(shù)，用于調(diào)整主循環(huán)和輔助循環(huán)的熱量傳遞過程，τ1是時(shí)間常數(shù)，用于描述熱量傳遞過程的衰減，b是影響二次網(wǎng)溫度變化的外部因素的個(gè)數(shù)，qb是第b個(gè)外部因素對(duì)二次網(wǎng)溫度變化的影響量，tb是第b個(gè)外部因素發(fā)生的時(shí)間點(diǎn)，σ2是方差，t0是初始溫度。

21、根據(jù)預(yù)測(cè)的t(t)值，調(diào)整主循環(huán)和輔助循環(huán)的熱量傳遞過程，當(dāng)t(t)高于55攝氏度，減少熱量傳遞，當(dāng)t(t)低于45攝氏度時(shí)，增加熱量傳遞，當(dāng)t(t在45至55攝氏度之間時(shí)，保持當(dāng)前熱量傳遞，根據(jù)實(shí)際溫度與預(yù)測(cè)溫度之間的差異，調(diào)整公式中的參數(shù)：將收集實(shí)際溫度數(shù)據(jù)作為基準(zhǔn)，計(jì)算每個(gè)時(shí)間點(diǎn)的預(yù)測(cè)溫度和實(shí)際溫度之間的差異，當(dāng)減少熱量傳遞時(shí)，減少c1和c1，當(dāng)增加熱量傳遞時(shí)，增加c1和c1，如果預(yù)測(cè)的溫度變化速度與實(shí)際不符，減小τ1將使溫度響應(yīng)更快，增加τ1將使溫度響應(yīng)更慢。

22、作為本發(fā)明所述的一種基于多級(jí)循環(huán)的二次網(wǎng)溫度控制方法的一種優(yōu)選方案，其中：所述補(bǔ)償調(diào)節(jié)機(jī)制包括根據(jù)光纖光柵傳感器處理后的溫度數(shù)據(jù)生成控制信號(hào)，調(diào)節(jié)各級(jí)循環(huán)的熱量分配比例，熱量分配比例調(diào)節(jié)方式包括調(diào)整各次循環(huán)的流量分配、改變各次循環(huán)的傳熱面積：

23、

24、k＝1表示熱量分配比例越達(dá)到理想狀態(tài)，溫度在目標(biāo)范圍內(nèi)，k＝0表示熱量分配比例不理想，k∈(0,1)時(shí)，調(diào)整增益系數(shù)、溫度響應(yīng)系數(shù)和指數(shù)衰減系數(shù)。

25、其中，k為總的熱量分配比例，ω為循環(huán)系統(tǒng)的總傳熱面積，l為循環(huán)的級(jí)數(shù)，fl(tl)為第l級(jí)循環(huán)的溫度數(shù)據(jù)處理函數(shù)，tl為第l級(jí)循環(huán)的實(shí)際溫度，γ為歸一化系數(shù)，t為當(dāng)前溫度，ts為目標(biāo)溫度，tmin,l和tmax,l分別是第l級(jí)循環(huán)允許的最小和最大溫度，tset,l是第l級(jí)循環(huán)的目標(biāo)溫度，gl是第l級(jí)循環(huán)的增益系數(shù)，用于調(diào)整函數(shù)的幅值，θl是第l級(jí)循環(huán)的溫度響應(yīng)系數(shù)，用于調(diào)整溫度變化的敏感性，是第l級(jí)循環(huán)的指數(shù)衰減系數(shù)，用于控制溫度接近目標(biāo)溫度時(shí)的響應(yīng)強(qiáng)度。

26、作為本發(fā)明所述的一種基于多級(jí)循環(huán)的二次網(wǎng)溫度控制方法的一種優(yōu)選方案，其中：所述調(diào)整增益系數(shù)、溫度響應(yīng)系數(shù)和指數(shù)衰減系數(shù)包括初始調(diào)整時(shí)，采取小幅度逐步增加或減少系數(shù)。

27、如果熱量分配比例低，表明控制信號(hào)的幅值不能夠引起足夠的熱量分配變化，此時(shí)增加增益系數(shù)，如果溫度接近目標(biāo)溫度時(shí)，熱量分配比例仍然不理想，則調(diào)整指數(shù)衰減系數(shù)，當(dāng)衰減系數(shù)過小時(shí)增加指數(shù)衰減系數(shù)使溫度接近目標(biāo)溫度時(shí)，控制信號(hào)的衰減加快，減少不必要的調(diào)節(jié)，當(dāng)衰減系數(shù)過大時(shí)減少指數(shù)衰減系數(shù)使系統(tǒng)在接近目標(biāo)溫度時(shí)更加細(xì)膩地調(diào)節(jié)熱量分配，如果熱量分配比例過高，導(dǎo)致系統(tǒng)過度反應(yīng)，此時(shí)應(yīng)減少增益系數(shù)。

28、每次調(diào)整后，密切監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的響應(yīng)和熱量分配比例的變化，評(píng)估調(diào)整效果，根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果，逐步優(yōu)化系數(shù)，直到熱量分配比例達(dá)到理想狀態(tài)：

29、

30、當(dāng)e∈(0.5,1)時(shí)，表示調(diào)整效果好，當(dāng)e∈(0,0.5)時(shí)，表示調(diào)整效果不好，重新進(jìn)行參數(shù)調(diào)整，直至評(píng)估效果達(dá)到滿意。

31、其中，e是評(píng)估調(diào)整效果的性能指標(biāo)，t0和tf分別是調(diào)整過程的起始和結(jié)束時(shí)間，l是循環(huán)的級(jí)數(shù)，kl是第l級(jí)循環(huán)的熱量分配比例，kset,l是第l級(jí)循環(huán)的目標(biāo)熱量分配比例，kmax,l是第l級(jí)循環(huán)的最大可能熱量分配比例，wl是第l級(jí)循環(huán)的權(quán)重系數(shù)，δ是時(shí)間衰減系數(shù)，用于降低舊數(shù)據(jù)對(duì)當(dāng)前評(píng)估的影響。

32、本發(fā)明的另外一個(gè)目的是提供了一種基于多級(jí)循環(huán)的二次網(wǎng)溫度控制系統(tǒng)，本發(fā)明通過精確測(cè)量和智能控制，實(shí)現(xiàn)二次網(wǎng)溫度的優(yōu)化控制，提高能源利用效率，降低運(yùn)行成本，保證用戶端的供熱質(zhì)量。系統(tǒng)采用光纖光柵傳感器收集溫度數(shù)據(jù)，并通過數(shù)據(jù)分析算法處理數(shù)據(jù)，確定當(dāng)前溫度與期望溫度之間的偏差。然后構(gòu)建多級(jí)循環(huán)機(jī)制，包括主循環(huán)和多級(jí)輔助循環(huán)，通過熱交換器進(jìn)行熱量傳遞和溫度調(diào)控。系統(tǒng)會(huì)根據(jù)數(shù)據(jù)分析結(jié)果自動(dòng)反饋，如果溫度偏離了預(yù)設(shè)范圍，系統(tǒng)將啟動(dòng)補(bǔ)償調(diào)節(jié)機(jī)制，使系統(tǒng)保持動(dòng)態(tài)穩(wěn)定。此外，預(yù)測(cè)單元模塊能夠預(yù)測(cè)二次網(wǎng)的溫度變化趨勢(shì)，并根據(jù)預(yù)測(cè)結(jié)果調(diào)整主循環(huán)和輔助循環(huán)的熱量傳遞過程，進(jìn)一步優(yōu)化溫度控制效果。通過這種方式，整個(gè)系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)二次網(wǎng)溫度的精確控制和優(yōu)化，提高能源利用效率，降低運(yùn)行成本，保證用戶端的供熱質(zhì)量。

33、作為本發(fā)明所述的一種基于多級(jí)循環(huán)的二次網(wǎng)溫度控制系統(tǒng)的一種優(yōu)選方案，其特征在于，包括光纖光柵傳感器模塊、數(shù)據(jù)分析算法模塊、多級(jí)循環(huán)模塊以及補(bǔ)償調(diào)節(jié)模塊。

34、所述光纖光柵傳感器模塊，用于收集當(dāng)前循環(huán)單元的溫度數(shù)據(jù)，周圍環(huán)境的溫度，系統(tǒng)當(dāng)前的負(fù)荷情況，歷史時(shí)間內(nèi)的溫度變化趨勢(shì)，用戶設(shè)定的期望溫度，循環(huán)系統(tǒng)中的流體流量信息。

35、所述數(shù)據(jù)分析算法模塊，用于處理光纖光柵傳感器收集的溫度數(shù)據(jù)，通過算法分析得到實(shí)時(shí)的溫度數(shù)據(jù)，確定當(dāng)前溫度與期望溫度之間的偏差。

36、所述多級(jí)循環(huán)模塊，包括主循環(huán)、多級(jí)輔助循環(huán)和預(yù)測(cè)單元，通過熱交換器進(jìn)行熱量傳遞和溫度調(diào)控，根據(jù)數(shù)據(jù)分析結(jié)果自動(dòng)反饋，啟動(dòng)補(bǔ)償調(diào)節(jié)機(jī)制，保持系統(tǒng)動(dòng)態(tài)穩(wěn)定，所述預(yù)測(cè)單元，用于預(yù)測(cè)二次網(wǎng)的溫度變化趨勢(shì)，并根據(jù)預(yù)測(cè)結(jié)果調(diào)整主循環(huán)和輔助循環(huán)的熱量傳遞過程，優(yōu)化溫度控制效果。

37、所述補(bǔ)償調(diào)節(jié)模塊，根據(jù)光纖光柵傳感器處理后的溫度數(shù)據(jù)生成控制信號(hào)，調(diào)節(jié)各級(jí)循環(huán)的熱量分配比例，實(shí)現(xiàn)溫度控制系統(tǒng)的精確調(diào)節(jié)和優(yōu)化。

38、一種計(jì)算機(jī)設(shè)備，包括存儲(chǔ)器和處理器，所述存儲(chǔ)器存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序，其特征在于，所述處理器執(zhí)行所述計(jì)算機(jī)程序時(shí)實(shí)現(xiàn)一種基于多級(jí)循環(huán)的二次網(wǎng)溫度控制所述的方法的步驟。

39、一種計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，其上存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序，其特征在于，所述計(jì)算機(jī)程序被處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)一種基于多級(jí)循環(huán)的二次網(wǎng)溫度控制所述的方法的步驟。

40、本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明通過在每個(gè)循環(huán)單元中安裝光纖光柵傳感器，收集溫度數(shù)據(jù)生成控制信號(hào)并通過數(shù)據(jù)分析算法處理數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)當(dāng)前溫度與期望溫度之間偏差的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和分析。通過構(gòu)建多級(jí)循環(huán)機(jī)制，包括主循環(huán)和多級(jí)輔助循環(huán)，以及預(yù)測(cè)單元的使用，實(shí)現(xiàn)了對(duì)溫度的多層次控制、預(yù)測(cè)和優(yōu)化。通過補(bǔ)償調(diào)節(jié)機(jī)制根據(jù)光纖光柵傳感器處理后的溫度數(shù)據(jù)生成控制信號(hào)，調(diào)節(jié)各級(jí)循環(huán)的熱量分配比例，實(shí)現(xiàn)了溫度控制系統(tǒng)的精確調(diào)節(jié)和優(yōu)化。這種方法可以提高溫度控制的穩(wěn)定性和可靠性，減少溫度波動(dòng)，提高溫度控制的準(zhǔn)確性和響應(yīng)速度，從而提高系統(tǒng)的能源利用效率和運(yùn)行效果。