本發(fā)明屬于冰蓄冷，具體涉及一種基于數(shù)據(jù)與模型驅(qū)動(dòng)的冰蓄冷負(fù)荷預(yù)測(cè)方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、建筑冷熱負(fù)荷預(yù)測(cè)是指對(duì)建筑物在未來(lái)一段時(shí)間內(nèi)的冷負(fù)荷(制冷需求)和熱負(fù)荷(供暖需求)進(jìn)行預(yù)測(cè)和估計(jì)的過(guò)程。建筑運(yùn)行階段的能耗和碳排放在建筑全生命周期中。在國(guó)家“碳達(dá)峰、碳中和”的目標(biāo)下,優(yōu)化建筑能源系統(tǒng)的運(yùn)行策略是實(shí)現(xiàn)建筑節(jié)能減排的主要手段。建筑負(fù)荷預(yù)測(cè)對(duì)能源系統(tǒng)的運(yùn)行策略優(yōu)化具有重要意義。

2、冰蓄冷系統(tǒng)是一種在電力負(fù)荷很低的夜間用電低谷期，采用雙工況制冷主機(jī)制冷，使蓄冷介質(zhì)結(jié)成冰，將冷量?jī)?chǔ)存起來(lái)的技術(shù)。在電力負(fù)荷較高的白天，即用電高峰期，這些儲(chǔ)存的冷量會(huì)被釋放出來(lái)，以滿足建筑物空調(diào)或生產(chǎn)工藝的需求。

3、冰蓄冷系統(tǒng)需要進(jìn)行未來(lái)二十四小時(shí)預(yù)測(cè)，能確保制冰和融冰過(guò)程緊密配合建筑的實(shí)際冷量需求，避免過(guò)度制冰或不足供冷，從而最大化能源利用效率。再通過(guò)準(zhǔn)確的逐時(shí)負(fù)荷預(yù)測(cè)，可以選擇在電價(jià)低谷時(shí)段進(jìn)行制冰，減少在電價(jià)高峰時(shí)段的電力消耗，降低整體用電成本。負(fù)荷預(yù)測(cè)使系統(tǒng)能夠根據(jù)實(shí)時(shí)變化的冷量需求動(dòng)態(tài)調(diào)整運(yùn)行策略，確保在高峰負(fù)荷時(shí)段系統(tǒng)能夠提供穩(wěn)定的冷量供應(yīng)。應(yīng)對(duì)突發(fā)負(fù)荷變化：預(yù)測(cè)突發(fā)負(fù)荷增加或減少的情況，提前調(diào)整運(yùn)行模式，避免系統(tǒng)過(guò)載或供冷不足。機(jī)器學(xué)習(xí)是建筑冷熱負(fù)荷預(yù)測(cè)問題中常用的方法,因其強(qiáng)大的特征提取和數(shù)據(jù)擬合能力,對(duì)于數(shù)據(jù)豐富的目標(biāo)建筑有良好的效果。

4、然而在對(duì)冰蓄冷系統(tǒng)進(jìn)行預(yù)測(cè)卻存在以下問題：

5、1、在面對(duì)新建建筑、少監(jiān)控建筑或涉及數(shù)據(jù)隱私問題時(shí),可用于訓(xùn)練的數(shù)據(jù)較少,預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確度會(huì)降低。

6、2、對(duì)于有豐富的歷史負(fù)荷數(shù)據(jù)的項(xiàng)目，如果這些歷史負(fù)荷數(shù)據(jù)并非按照節(jié)能相關(guān)的規(guī)范進(jìn)行采集和操作，那么僅基于這些歷史負(fù)荷數(shù)據(jù)進(jìn)行機(jī)器學(xué)習(xí)的負(fù)荷預(yù)測(cè)，其結(jié)果所反映的負(fù)荷情況是不節(jié)能的，那么機(jī)器學(xué)習(xí)模型所預(yù)測(cè)的負(fù)荷將無(wú)法準(zhǔn)確反映節(jié)能狀態(tài)下的實(shí)際情況，因此這樣的預(yù)測(cè)結(jié)果對(duì)于節(jié)能評(píng)估和指導(dǎo)意義有限。

7、3、對(duì)于不同業(yè)態(tài)的建筑，其運(yùn)行時(shí)間表確實(shí)會(huì)存在顯著差異。這些差異不僅體現(xiàn)在每日的正常工作時(shí)間段，還包括非常規(guī)工作時(shí)間段，如休息時(shí)間段、加班時(shí)間段等，以及非運(yùn)行時(shí)間段，由于每個(gè)時(shí)間對(duì)冷負(fù)荷影響因素（室外天氣情況、有效的供能面積、室內(nèi)需求工況）權(quán)重都是不同的，因此，將不同時(shí)間段在同一條件下的歷史負(fù)荷數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一處理和分析對(duì)于預(yù)測(cè)的影響精度影響較大的。

8、4、對(duì)于空調(diào)系統(tǒng)中重要形式中的一種冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng)由于提前蓄冰的影響往往需要進(jìn)行未來(lái)24小時(shí)負(fù)荷預(yù)測(cè)，得到未來(lái)24h的負(fù)荷，往往會(huì)選擇采用迭代預(yù)測(cè)的方式，即第一次預(yù)測(cè)可以得到未來(lái)1小時(shí)的負(fù)荷，然后將其作為未來(lái)2小時(shí)負(fù)荷預(yù)測(cè)模型中作為輸入變量，其他參數(shù)發(fā)生不變，以此類推，可以得到未來(lái)24小時(shí)的負(fù)荷；此方案當(dāng)某一小時(shí)預(yù)測(cè)出現(xiàn)誤差，其他小時(shí)都將受到影響。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種基于數(shù)據(jù)與模型驅(qū)動(dòng)的冰蓄冷負(fù)荷預(yù)測(cè)方法及系統(tǒng)。

2、第一方面，本發(fā)明提供了一種基于數(shù)據(jù)與模型驅(qū)動(dòng)的冰蓄冷負(fù)荷預(yù)測(cè)方法，其包括以下步驟：

3、步驟一、獲取被測(cè)冰蓄冷系統(tǒng)的負(fù)荷數(shù)據(jù)以及影響冰蓄冷負(fù)荷的環(huán)境參數(shù)作為數(shù)據(jù)集；

4、步驟二、對(duì)數(shù)據(jù)集中的樣本進(jìn)行聚類分析，識(shí)別出冰蓄冷系統(tǒng)在建筑的不同使用狀態(tài)對(duì)應(yīng)的負(fù)荷數(shù)據(jù)和環(huán)境參數(shù)數(shù)據(jù)，并對(duì)建筑的不同使用狀態(tài)分別進(jìn)行負(fù)荷預(yù)測(cè)；

5、步驟三、在環(huán)境參數(shù)中選取關(guān)鍵參數(shù)，篩選出樣本中的關(guān)鍵參數(shù)對(duì)數(shù)據(jù)集進(jìn)行更新；在開始蓄冷時(shí)，獲取被測(cè)冰蓄冷系統(tǒng)在目標(biāo)時(shí)刻的關(guān)鍵參數(shù)，并預(yù)測(cè)被測(cè)冰蓄冷系統(tǒng)在目標(biāo)時(shí)刻的負(fù)荷；被測(cè)冰蓄冷系統(tǒng)預(yù)測(cè)出的負(fù)荷確定蓄冰量；

6、步驟四、釋冷過(guò)程中，通過(guò)冰蓄冷負(fù)荷逐時(shí)預(yù)測(cè)模型對(duì)冰蓄冷負(fù)荷逐時(shí)預(yù)測(cè)，具體過(guò)程如下：

7、4-1.構(gòu)建冰蓄冷負(fù)荷逐時(shí)預(yù)測(cè)模型；冰蓄冷負(fù)荷逐時(shí)預(yù)測(cè)模型包括依次連接的輸入層、一層或多層全連接層和輸出層；

8、4-2.使用數(shù)據(jù)集對(duì)冰蓄冷負(fù)荷逐時(shí)預(yù)測(cè)模型進(jìn)行訓(xùn)練；

9、4-3.分別將目標(biāo)時(shí)刻的關(guān)鍵參數(shù)、當(dāng)前的負(fù)荷數(shù)據(jù)以及剩余冰量輸入冰蓄冷負(fù)荷逐時(shí)預(yù)測(cè)模型中，逐時(shí)預(yù)測(cè)冰蓄冷的負(fù)荷，根據(jù)逐時(shí)預(yù)測(cè)的冰蓄冷的負(fù)荷對(duì)冰蓄冷系統(tǒng)進(jìn)行控制。

10、作為優(yōu)選，所述的步驟一中，獲取的負(fù)荷數(shù)據(jù)為節(jié)能負(fù)荷數(shù)據(jù)；節(jié)能負(fù)荷數(shù)據(jù)包括模擬節(jié)能負(fù)荷數(shù)據(jù)，模擬節(jié)能負(fù)荷數(shù)據(jù)的獲取方法如下：

11、根據(jù)被測(cè)冰蓄冷系統(tǒng)所在建筑的物理特性數(shù)據(jù)、建筑材料特性數(shù)據(jù)、使用情況數(shù)據(jù)和節(jié)能性數(shù)據(jù)建立熱力學(xué)模型，通過(guò)被測(cè)冰蓄冷系統(tǒng)的歷史負(fù)荷數(shù)據(jù)對(duì)熱力學(xué)模型進(jìn)行校驗(yàn)，調(diào)整熱力學(xué)模型的參數(shù)；通過(guò)調(diào)整后的熱力學(xué)模型仿真獲取不同時(shí)刻的模擬節(jié)能負(fù)荷數(shù)據(jù)。

12、作為優(yōu)選，所述的節(jié)能負(fù)荷數(shù)據(jù)還包括歷史負(fù)荷數(shù)據(jù)中的實(shí)際節(jié)能負(fù)荷數(shù)據(jù)；在歷史負(fù)荷數(shù)據(jù)中篩選實(shí)際節(jié)能負(fù)荷數(shù)據(jù)的過(guò)程為：通過(guò)熱力學(xué)模型在相同的邊界條件下，對(duì)模擬節(jié)能負(fù)荷數(shù)據(jù)與歷史負(fù)荷數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，篩選出歷史負(fù)荷數(shù)據(jù)中滿足節(jié)能需求的數(shù)據(jù)作為實(shí)際節(jié)能負(fù)荷數(shù)據(jù)。

13、作為優(yōu)選，所述的步驟四中，在使用預(yù)測(cè)負(fù)荷對(duì)冰蓄冷進(jìn)行控制后，若實(shí)際冰蓄冷的負(fù)荷大于預(yù)測(cè)負(fù)荷，則排查建筑中存在的不節(jié)能因素，直至實(shí)際冰蓄冷的負(fù)荷等于預(yù)測(cè)負(fù)荷。

14、作為優(yōu)選，所述的環(huán)境參數(shù)包括室外溫度、濕度、風(fēng)速、太陽(yáng)輻射強(qiáng)度和內(nèi)部熱源；選取的關(guān)鍵參數(shù)為室外溫度、濕度和太陽(yáng)輻射強(qiáng)度。

15、作為優(yōu)選，所述的步驟二中，聚類分析的方法采用 k均值聚類算法。

16、作為優(yōu)選，所述的步驟二中，選取關(guān)鍵參數(shù)的方法為：通過(guò)皮爾遜相關(guān)系數(shù)分別分析環(huán)境參數(shù)與負(fù)荷之間的相關(guān)性，并選取相關(guān)性系數(shù)為0.7~1范圍內(nèi)的參數(shù)作為關(guān)鍵參數(shù)。

17、作為優(yōu)選，所述的步驟三中，預(yù)測(cè)負(fù)荷的具體過(guò)程如下：

18、計(jì)算目標(biāo)時(shí)刻的關(guān)鍵參數(shù)與數(shù)據(jù)集中的關(guān)鍵參數(shù)的距離；計(jì)算距離的方法采用歐氏距離、曼哈頓距離和切比雪夫距離中的一種；通過(guò)交叉驗(yàn)證或網(wǎng)格搜索獲取加權(quán)knn負(fù)荷預(yù)測(cè)算法中最佳的 k值，在數(shù)據(jù)集中的關(guān)鍵參數(shù)中選取與目標(biāo)時(shí)刻的關(guān)鍵參數(shù)距離最近的 k個(gè)特征值作為鄰居，并對(duì) k個(gè)鄰居進(jìn)行加權(quán)處理，獲取預(yù)測(cè)的負(fù)荷。

19、作為優(yōu)選，計(jì)算目標(biāo)時(shí)刻的關(guān)鍵參數(shù)與數(shù)據(jù)集中的關(guān)鍵參數(shù)的距離 d( x, y)的表達(dá)式為：

20、

21、其中， x i和 y i分別為目標(biāo)時(shí)刻的關(guān)鍵參數(shù)與數(shù)據(jù)集中的關(guān)鍵參數(shù)； n為關(guān)鍵參數(shù)的數(shù)量。

22、作為優(yōu)選，所述的步驟四中，隱藏層包括依次連接的三層全連接層，三層全連接層均使用了relu?激活函數(shù)。

23、第二方面，本發(fā)明提供了一種基于分層多目標(biāo)優(yōu)化的冰蓄冷系統(tǒng)，其特征在于：包括雙工況制冷主機(jī)、蓄冰裝置、水泵系統(tǒng)、冷卻塔和控制器；水泵系統(tǒng)包括冷凍泵和冷卻泵；控制器用于執(zhí)行上述的冰蓄冷負(fù)荷預(yù)測(cè)方法；在蓄冷狀態(tài)下，控制器根據(jù)預(yù)測(cè)被測(cè)冰蓄冷系統(tǒng)在目標(biāo)時(shí)刻的負(fù)荷確定蓄冰量，控制冷凍泵將冷凍水輸送到蓄冰裝置中，并控制冷卻泵將雙工況制冷主機(jī)產(chǎn)生的冷卻水輸送到冷卻塔進(jìn)行散熱；在釋冷狀態(tài)下，控制器根據(jù)逐時(shí)預(yù)測(cè)冰蓄冷的負(fù)荷控制蓄冰裝置進(jìn)行融冰，融化后的冷卻水通過(guò)冷卻泵送至空調(diào)或其他冷卻系統(tǒng)中。

24、本發(fā)明具有的有益效果是：

25、1、本發(fā)明通過(guò)對(duì)未來(lái)24小時(shí)負(fù)荷粗略預(yù)測(cè)來(lái)確定冰蓄冷系統(tǒng)在電力低谷時(shí)段蓄冰量，并通過(guò)冰蓄冷負(fù)荷逐時(shí)預(yù)測(cè)模型根據(jù)目標(biāo)時(shí)刻數(shù)小時(shí)前的實(shí)際負(fù)荷對(duì)冰蓄冷負(fù)荷進(jìn)行逐時(shí)預(yù)測(cè)來(lái)控制釋冰量，克服了傳統(tǒng)逐時(shí)負(fù)荷預(yù)測(cè)中由于某一小時(shí)預(yù)測(cè)出現(xiàn)誤差，其他小時(shí)都將受到影響的問題。

26、2、本發(fā)明通過(guò)模擬軟件建立仿真模型來(lái)獲取負(fù)荷數(shù)據(jù)，并通過(guò)少量的真實(shí)數(shù)據(jù)來(lái)驗(yàn)證模型的可靠性，通過(guò)模型的數(shù)據(jù)來(lái)豐富數(shù)據(jù)集，提高預(yù)測(cè)精度，解決了新建建筑、少監(jiān)控建筑或涉及數(shù)據(jù)隱私問題時(shí)用于訓(xùn)練的數(shù)據(jù)較少的問題；同時(shí)，本發(fā)明在仿真模型中引入節(jié)能數(shù)據(jù)，能夠使用于預(yù)測(cè)的數(shù)據(jù)集按照節(jié)能相關(guān)的規(guī)范，且能夠篩選出實(shí)際數(shù)據(jù)中的節(jié)能數(shù)據(jù)，避免了由于數(shù)據(jù)集中存在不節(jié)能數(shù)據(jù)而指導(dǎo)冰蓄冷系統(tǒng)處于不節(jié)能狀態(tài)運(yùn)行。

27、3、本發(fā)明通過(guò)聚類分析來(lái)區(qū)分建筑的正常工作時(shí)間段與非常規(guī)工作時(shí)間段，如休息時(shí)間段、加班時(shí)間段等，以及非運(yùn)行時(shí)間段。對(duì)不同的工作時(shí)間段的工作狀態(tài)進(jìn)行聚類建立數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)分類決策，提高預(yù)測(cè)精度。