[发明专利]基于模型预测控制的建筑物温度控制方法及系统

说明书

本发明公开了一种基于模型预测控制的建筑物温度控制方法及系统，方法基于模型预测控制MPC进行供热温度调节，并且在预测控制中加入了对干扰的预测，并对即将到来的环境温度变化做出补偿。系统包括：MPC控制器，将建筑物室温维持在确定的最舒适温度值，并计算最佳供热温度值；PID控制器，根据最佳供热温度值和二次侧供回水温度操纵执行机构作出响应；执行机构，调节换热器一次侧热水流量，并通过换热器控制二次侧热水的温度；第一温度传感器，采集换热器二次侧热水的温度并发送给PID控制器；第二温度传感器，采集建筑物室内实时温度并发送给MPC控制器。本发明使室内温度更加稳定，提高了用户的舒适度，显著降低了供热能耗。

技术领域

本发明涉及一种基于模型预测控制的建筑物温度控制方法及系统，属于供热控制技术领域。

背景技术

许多国家在冬季有供暖需求，包含住宅建筑与非住宅建筑的供暖设计。在我国北方地区，城市及部分农村地区以集中供暖为主。由集中热源产生的蒸汽、热水经过一次换热站和一次管网到达二次换热站，在二次换热站中进行热交换，将热量传递给二次管网，热量通过二次管网传递给基层的热用户用于生产和生活。如图1所示，二次换热站负责热力的集中、交换，其供热温度直接决定了热用户的热舒适度，是供暖系统的关键组成部分。

目前，换热站的供热温度大多由操作员依据经验以及当前室外温度进行调节，室外温度下降时提高供水温度，室外温度升高时下调供水温度，供热效果依赖于操作员的专业经验，自动化智能化程度低，是一种开环的控制方法。此外，由于供热系统具有大时间常数，并且操作员在制定供热温度时没有考虑对未来天气的预测，导致供水温度调节后可能需要很长时间室内温度才会稳定到舒适范围内，很可能会造成供暖不足或过度供暖，造成用户热舒适度下降或者不必要的能源浪费。

因此，需要研究一种有效改善换热站供热效果的建筑物温度控制措施。

发明内容

针对以上方法存在的不足，本发明提出了一种基于模型预测控制的建筑物温度控制方法及系统，能够有效地改善换热站的供热效果，使室内温度更加稳定，提高用户的舒适度，显著降低供热能耗。

本发明解决其技术问题采取的技术方案是：

一方面，本发明实施例提供的一种基于模型预测控制的建筑物温度控制方法，基于模型预测控制MPC(Model Predictive Control)进行供热温度调节，并且在预测控制中加入了对干扰的预测，并对即将到来的环境温度变化做出补偿。

作为本实施例一种可能的实现方式，所述方法包括以下步骤：

S1：所需数据准备：天气预报数据、用户设定的室内温度理想值、建筑物室内温度数据、换热器二次侧供回水温度及流量；

S2：MPC根据所需数据计算得到当前最优供水温度设定值u(k)；

S3：将计算得到的供水温度设定值u(k)传递给底层控制回路，由底层控制回路操纵执行机构作出响应；

S4：执行机构调节换热器一次侧热水流量，进而通过换热器控制二次侧热水的温度；

S5：室内温度随供水温度、流量变化而变化，同时由传感器测得室内实时温度、二次侧供回水温度及流量，反馈给MPC进行下一时刻的优化。

作为本实施例一种可能的实现方式，在步骤S2中，MPC将室温y(k)维持在用户或站点操作员确定的最舒适的值r(k)；通过互联网从天气预报中心获取未来24小时的环境温度数据D(k)，该变量被视为MPC算法中的预测干扰变量，位于室外的温度传感器给出当前的环境温度T0(k)以补偿误差；MPC计算当前时间的供水温度设定值u(k)，该值作为下层PID控制的设定点；测量供水和回水之间的压差△p(k)，并将其视为测得的干扰。

作为本实施例一种可能的实现方式，所述模型预测控制的过程包括以下步骤：