本技術(shù)涉及船舶冷源系統(tǒng)優(yōu)化控制領(lǐng)域，具體而言，涉及一種船舶冷源系統(tǒng)調(diào)控方法及調(diào)控系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、船舶在不同海域航行時，艙外環(huán)境變化劇烈，不同季節(jié)和不同海域的外界氣溫溫差可達(dá)60℃左右。船舶空調(diào)設(shè)備通常以滿足設(shè)計工況為原則進(jìn)行選型，并采用恒轉(zhuǎn)速、恒功率方式運行，導(dǎo)致空調(diào)系統(tǒng)大部分時間處于部分負(fù)荷工況狀態(tài)。

2、此外，船舶冷源系統(tǒng)中風(fēng)機(jī)和水泵的運行效率一般只有40％～50％，因此，船舶冷源系統(tǒng)在設(shè)備運行方面有巨大的節(jié)能前景。目前，眾多研究針對不同類型的船舶，提出了節(jié)能運行方案，依據(jù)室外負(fù)荷變化情況，動態(tài)調(diào)節(jié)設(shè)備運行狀態(tài)，不僅能夠增加船舶航行中艙室舒適性，同時可以節(jié)約能源，增加船舶的續(xù)航能力。隨著具備節(jié)能運行方案的船舶增多，其全年航向在時間及空間上相適應(yīng)的艙外氣象參數(shù)及其相應(yīng)的空調(diào)設(shè)備運行方案對于相似船舶具有重要的應(yīng)用價值，通過直接調(diào)用船舶運行過程積累氣象數(shù)據(jù)及運行數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫參數(shù)對目標(biāo)船舶空調(diào)系統(tǒng)運行進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而實現(xiàn)減少運行能耗的目的。

3、目前，冷源系統(tǒng)的控制方式主要有傳統(tǒng)的固定參數(shù)控制、專家策略經(jīng)驗控制、智能算法優(yōu)化控制、無模型控制等方法。傳統(tǒng)的固定參數(shù)控制由于冷源設(shè)備有較大的冗余量易造成較大的能耗浪費，面對末端復(fù)雜多變的情況無法實時調(diào)整設(shè)備情況。

4、例如，有些公用建筑中的空調(diào)通風(fēng)優(yōu)化系統(tǒng)，通過傳感器采集環(huán)境參數(shù)，建立空調(diào)通風(fēng)數(shù)據(jù)庫，依托設(shè)備信息建立專家模型策略庫，并依靠設(shè)備運行數(shù)據(jù)實時更新專家策略模型庫，基于專家策略自動調(diào)整空調(diào)系統(tǒng)設(shè)備參數(shù)。此種方案能夠在維持室內(nèi)舒適度的條件下有效調(diào)整設(shè)備參數(shù)以降低系統(tǒng)能耗，但是需要繁雜的數(shù)據(jù)采集設(shè)備和通信系統(tǒng)，并且無法根據(jù)復(fù)雜多變的項目給出普適性的專家策略。

5、又如，在一些中央空調(diào)冷凍站系統(tǒng)的節(jié)能優(yōu)化控制系統(tǒng)及其控制方法中，包含工業(yè)控制計算機(jī)及與其連接的plc/bas現(xiàn)場控制系統(tǒng)，通過傳感器采集環(huán)境參數(shù)和設(shè)備數(shù)據(jù)，建立設(shè)備模型庫和系統(tǒng)能耗模型，利用全局尋優(yōu)算法實時優(yōu)化控制設(shè)備運行參數(shù)。此種方案雖然能夠根據(jù)現(xiàn)場室內(nèi)外參數(shù)實時優(yōu)化控制設(shè)備參數(shù)，在保證供冷量不變的前提下盡可能降低系統(tǒng)能耗，但是仍需要繁雜的數(shù)據(jù)采集設(shè)備和通信系統(tǒng)、前期一定量的設(shè)備數(shù)據(jù)以構(gòu)建模型，降低了方法的普適性。

6、再如，在一些基于多智能體深度強化學(xué)習(xí)的中央空調(diào)控制方法，利用負(fù)荷需求和室外濕球溫度基于多智能體深度強化學(xué)習(xí)優(yōu)化冷源系統(tǒng)的冷機(jī)啟停數(shù)量、水泵頻率和風(fēng)機(jī)頻率，能夠有效降低設(shè)備故障率和能耗。這種方案雖然能夠有效降低水泵能耗和風(fēng)機(jī)能耗，但冷機(jī)作為冷源核心部件不可忽略，且對于未加裝變頻器的定頻水泵，該方法無法發(fā)揮作用，降低了其普適性。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、基于背景技術(shù)中技術(shù)問題，本技術(shù)提供了一種基于船舶相似性的船舶冷源系統(tǒng)調(diào)控方法及調(diào)控系統(tǒng)，其能夠篩選與目標(biāo)船舶相似的相似船舶，制定個性化冷源運行策略，優(yōu)化節(jié)能減排。方法優(yōu)勢在于減少對實時溫度數(shù)據(jù)的依賴，減少或避免系統(tǒng)改造，降低成本，提高普適性。同時，提升數(shù)據(jù)利用效率，減少對專家的依賴，簡化操作，使節(jié)能技術(shù)易于實施，廣泛適用。

2、本技術(shù)提供的一種船舶冷源系統(tǒng)調(diào)控方法，包括：

3、s1、建立船舶數(shù)據(jù)庫；所述船舶數(shù)據(jù)庫包括多艘參考船舶的船舶配置信息和對應(yīng)參考船舶的冷源運行數(shù)據(jù)；

4、s2、輸入目標(biāo)船舶的船舶配置信息；

5、s3、基于目標(biāo)船舶的船舶配置信息和船舶數(shù)據(jù)庫中參考船舶的船舶配置信息，評價目標(biāo)船舶與船舶數(shù)據(jù)庫中參考船舶的相似性，確定出與目標(biāo)船舶處于相似范圍內(nèi)的相似船舶群；

6、s4、基于相似船舶群的冷源運行數(shù)據(jù)建立目標(biāo)船舶的冷源運行策略；

7、s5、基于冷源運行策略給出目標(biāo)船舶的冷源系統(tǒng)設(shè)備參數(shù)的調(diào)控參考。

8、在一種可實施的方案中，所述船舶配置信息至少包括設(shè)備數(shù)量、設(shè)備額定參數(shù)、設(shè)計冷負(fù)荷、總制冷面積、船舶類型；所述冷源運行數(shù)據(jù)至少包括設(shè)備種類、設(shè)備啟停信息、設(shè)備運行參數(shù)。

9、在一種可實施的方案中，步驟s3中，基于目標(biāo)船舶的船舶配置信息和船舶數(shù)據(jù)庫中參考船舶的船舶配置信息，評價目標(biāo)船舶與船舶數(shù)據(jù)庫中參考船舶的相似性，確定出與目標(biāo)船舶處于相似范圍內(nèi)的相似船舶群包括以下步驟：

10、s31、基于船舶配置信息生成目標(biāo)船舶和參考船舶的船舶特性；

11、s32、對目標(biāo)船舶的船舶特性和參考船舶的船舶特性進(jìn)行歸一化處理；

12、s33、計算目標(biāo)船舶與船舶數(shù)據(jù)庫中參考船舶的相似性；

13、s34、基于船舶的相似性從船舶數(shù)據(jù)庫中確定出與目標(biāo)船舶最相似的相似船舶群。

14、在一種可實施的方案中，步驟s31中對于目標(biāo)船舶或任意參考船舶的船舶特性的計算過程包括以下步驟：

15、計算出船舶的設(shè)計冷負(fù)荷與冷源系統(tǒng)中冷機(jī)額定制冷量之和的比值α：

16、

17、式中：qed為設(shè)計冷負(fù)荷，kw；

18、qe0為冷源系統(tǒng)中冷機(jī)額定制冷量之和，kw；

19、計算出船舶的總制冷面積與設(shè)計冷負(fù)荷的比值記作β：

20、

21、式中：a為總制冷面積，m2；

22、確定空調(diào)系統(tǒng)類型γ，γ＝1,2,3……m；m為根據(jù)船舶類型確定出的空調(diào)系統(tǒng)類型的編碼；

23、按照固定冷凍水溫差和冷機(jī)額定制冷系數(shù)，根據(jù)設(shè)計冷負(fù)荷計算設(shè)計冷凍水流量gd_chw和設(shè)計冷卻水流量gd_cw；

24、計算出設(shè)計冷凍水流量與冷凍水泵額定流量之和的比值

25、

26、計算出設(shè)計冷卻水流量與冷卻水泵額定流量之和的比值

27、

28、因此船舶x的船舶特性為

29、同理，目標(biāo)船舶的船舶特性為

30、參考船舶的船舶特性為其中i＝1,2,3……n；n為船舶數(shù)據(jù)庫中的參考船舶的數(shù)量；

31、將參考船舶和目標(biāo)船舶的船舶特性記作x，即：

32、

33、在一種可實施的方案中，步驟s32中對目標(biāo)船舶的船舶特性和參考船舶的船舶特性進(jìn)行歸一化處理包括以下步驟：

34、將x中最大α記作αmax，最小α記作αmin，最大β記作βmax，最小β記作βmin，最大γ記作γmax，最小γ記作γmin，最大記作最小記作最大記作最小記作

35、對x中所有的α、β、γ、進(jìn)行歸一化處理；包括：

36、對參考船舶α進(jìn)行歸一化處理：其中i＝1,2,3……n；

37、對參考船舶β進(jìn)行歸一化處理：其中i＝1,2,3……n；

38、對參考船舶γ進(jìn)行歸一化處理：其中i＝1,2,3……n；

39、對參考船舶進(jìn)行歸一化處理：其中i＝1,2,3……n；

40、對參考船舶進(jìn)行歸一化處理：其中i＝1,2,3……n；

41、對目標(biāo)船舶α進(jìn)行歸一化處理：

42、對目標(biāo)船舶β進(jìn)行歸一化處理：

43、對目標(biāo)船舶γ進(jìn)行歸一化處理：

44、對目標(biāo)船舶進(jìn)行歸一化處理：

45、對目標(biāo)船舶進(jìn)行歸一化處理：

46、因此對x歸一化處理后，得到即：

47、

48、在一種可實施的方案中，步驟s33中計算目標(biāo)船舶與船舶數(shù)據(jù)庫中參考船舶的相似性包括以下步驟：

49、建立相似性表達(dá)式si＝si(xnorm,i,xnorm,tar)，即目標(biāo)船舶與第i個參考船舶的相似性為：

50、

51、式中：i＝1,2,3……n，為所述船舶特性中各參數(shù)的權(quán)重，

52、則船舶數(shù)據(jù)庫中所有參考船舶與目標(biāo)船舶的相似性為s＝(s1,s2……sn)。

53、在一種可實施的方案中，步驟s34中基于船舶的相似性從船舶數(shù)據(jù)庫中確定出與目標(biāo)船舶最相似的相似船舶群包括以下步驟：

54、設(shè)定相似船舶群的數(shù)量為ns＝min(n1,n2)；其中n1為設(shè)定值，n2＝(5％～15％)n，n為參考船舶的數(shù)量；

55、從s中選擇相似性最小的ns個si對應(yīng)的參考船舶形成相似船舶群，記作ss：

56、

57、相似船舶群的船舶特性記作

58、在一種可實施的方案中，步驟s4中，基于相似船舶群的冷源運行數(shù)據(jù)建立目標(biāo)船舶的冷源運行策略包括以下步驟：

59、s41、建立冷源運行策略表達(dá)式f＝((t,b),(c,p))；其含義為：在t時段，室外溫度在b區(qū)間內(nèi)，建議各設(shè)備啟停數(shù)量為c，運行參數(shù)設(shè)定為p；

60、s42、根據(jù)步驟s3確定的相似船舶群，從船舶數(shù)據(jù)庫中篩選出相似船舶群的冷源運行數(shù)據(jù)作為相似船舶群的冷源運行數(shù)據(jù)庫d，冷源運行數(shù)據(jù)庫d中的各參考船舶、各時段冷源運行數(shù)據(jù)記為dj：

61、dj＝((t,b),(c,p))j；

62、s43、根據(jù)不同的(t,b)，對冷源運行數(shù)據(jù)庫d中的數(shù)據(jù)進(jìn)行分類，即：

63、

64、式中：nr表示相似船舶群的冷源運行數(shù)據(jù)庫d中符合當(dāng)前(t,b)組合下的冷源運行數(shù)據(jù)條數(shù)之和。

65、在一種可實施的方案中，步驟s5中，基于冷源運行策略給出目標(biāo)船舶的冷源系統(tǒng)設(shè)備參數(shù)的調(diào)控參考包括以下步驟：

66、確定目標(biāo)船舶實際航行中的時段和室外溫度，得到航行時的(tr,br)；

67、確定出(t,b)＝(tr,br)下的目標(biāo)船舶的冷源運行策略為fr＝((tr,br),(cr,pr))；其中(cr,pr)為：

68、(cr,pr)＝arg(r(tr,br))；

69、式中：arg表示取眾數(shù)，將在(t,b)組合下出現(xiàn)次數(shù)最多的(c,p)作為(cr,pr)；

70、根據(jù)fr＝((tr,br),(cr,pr))的運行策略給出了(tr,br)條件下的冷源系統(tǒng)設(shè)備參數(shù)的調(diào)控參考。

71、第二方面，還提供了一種船舶冷源系統(tǒng)調(diào)控系統(tǒng)，包括：

72、數(shù)據(jù)庫模塊，包括船舶數(shù)據(jù)庫，所述船舶數(shù)據(jù)庫包括多艘參考船舶的船舶配置信息和對應(yīng)參考船舶的冷源運行數(shù)據(jù)；

73、輸入模塊，用于輸入目標(biāo)船舶的船舶配置信息；

74、相似計算模塊，用于基于目標(biāo)船舶的船舶配置信息和船舶數(shù)據(jù)庫中參考船舶的船舶配置信息，評價目標(biāo)船舶與船舶數(shù)據(jù)庫中參考船舶的相似性，確定出與目標(biāo)船舶處于相似范圍內(nèi)的相似船舶群；

75、策略建立模塊，用于基于相似船舶群的冷源運行數(shù)據(jù)建立目標(biāo)船舶的冷源運行策略；

76、策略執(zhí)行模塊，用于基于冷源運行策略給出目標(biāo)船舶的冷源系統(tǒng)設(shè)備參數(shù)的調(diào)控參考。

77、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本技術(shù)的有益效果至少包括以下內(nèi)容。

78、本技術(shù)的船舶冷源系統(tǒng)調(diào)控方法核心在于通過船舶相似性評價標(biāo)準(zhǔn)，從建立的船舶數(shù)據(jù)庫中篩選出與目標(biāo)船舶高度相似的參考船舶群體(相似船舶群)。這樣的篩選機(jī)制不僅確保了數(shù)據(jù)的相關(guān)性和實用性，而且為后續(xù)的冷源運行策略的制定提供了堅實的基礎(chǔ)。

79、在構(gòu)建起相似船舶群后，本方法進(jìn)一步利用這些船舶的冷源運行數(shù)據(jù)，為特定目標(biāo)船舶量身打造一套冷源運行策略。這套策略充分考慮了船舶的實際運行條件和歷史數(shù)據(jù)，能夠為船舶的冷源系統(tǒng)提供精確的設(shè)備參數(shù)調(diào)整指導(dǎo)。通過這種方式，船舶能夠?qū)崿F(xiàn)更優(yōu)化的冷源系統(tǒng)運行，從而達(dá)到節(jié)能減排的目的。

80、本方法的一個顯著優(yōu)勢在于，它幾乎不需要采集制冷區(qū)域的實時溫度數(shù)據(jù)。這一點與傳統(tǒng)的冷源系統(tǒng)調(diào)控方法相比，大大減少了對復(fù)雜數(shù)據(jù)采集設(shè)備的需求。由于不需要實時監(jiān)控和處理大量溫度數(shù)據(jù)，因此也簡化了通訊系統(tǒng)的負(fù)擔(dān)。

81、此外，本方法不要求對現(xiàn)有的船舶冷源系統(tǒng)進(jìn)行任何形式的改造，這意味著它可以輕松地應(yīng)用于各種類型的船舶，而無需考慮系統(tǒng)兼容性問題。這種設(shè)計上的靈活性和簡便性，顯著提高了本方法的普適性和實用性，同時也降低了實施節(jié)能措施的成本。

82、此外，本方法通過利用相似船舶的實際冷源運行數(shù)據(jù)，顯著提升了數(shù)據(jù)的利用效率。這種做法不僅減少了對專家知識和策略的依賴，而且降低了對操作人員專業(yè)素質(zhì)的要求。這意味著即使是在專業(yè)技術(shù)人員缺乏的情況下，也能夠有效地應(yīng)用本方法，從而降低了應(yīng)用門檻，使得更多的船舶能夠受益于這一節(jié)能技術(shù)。