[发明专利]一种提高楼宇设备运行效率的非合作分布式优化方法

说明书

技术领域

本发明涉及了一种用于楼宇设备的分布式优化方法，尤其是涉及了一种提高楼宇设备运行效率的非合作分布式优化方法。

背景技术

随着城市建设的高速发展，我国的建筑能耗逐年大幅度上升，已达全社会能源消耗量的32％，加上每年房屋建筑材料生产能耗约13％，建筑总能耗已达全国能源总消耗量的45％。我国现有建筑面积为400多亿㎡，绝大部分为高能耗建筑，且每年新建建筑近20亿㎡，其中95％以上仍是高能耗建筑。如果继续执行节能水平较低的设计标准，将留下很重的能耗负担和治理困难。庞大的建筑能耗，已经成为国民经济的巨大负担。因此建筑行业全面节能势在必行。

建筑楼宇集成系统中的建筑自动化智能系统就是通过合理配备建筑现场控制设备，对建筑物(或建筑群)内楼宇设备(空调、电梯、给排水、照明等设备)诸多子系统构成一个有机的整体，通过优化控制系统，达到在确保建筑内环境舒适、充分考虑能源节约和环境保护的条件下，使设备处于最佳运行状态和最佳利用率，提高管理水平，降低运营成本，提供安全舒适、高效便利的工作环境。

楼宇设备控制系统中的控制方法作为控制系统的核心，对于保证楼宇内部多种设备的高效、节能运行具有重要作用。

为便于工程应用，现有的控制系统以微机技术为基础，基于高速DDC和相应操作软件，具有现场采集、控制、通讯、数据存储、故障上传、现场监控等功能，系统包括上位机网络管理系统及现场主控模块、数字量和模拟量输入/输出模块，可接插多类网络板卡，支持多点物理点和虚拟点。但是现有技术只针对硬件系统的改进，缺少对于控制系统中控制方法的研发，致使楼宇设备难以发挥智能化控制作用，节能效果有限。

发明内容

为解决上述问题，本发明提出了一种提高楼宇设备运行效率的非合作分布式优化方法，通过优化楼宇设备控制方法，以达到提高运行效率、节约能源、提高楼宇舒适度的目的。

本发明的技术方案采用如下步骤：

1)针对楼宇设备建立通信矩阵S(t)及其最小通信要求，以实现对分布式优化问题的有效求解，楼宇设备包括中央空调、智能照明、电梯智能监控设备和给排水系统；

2)通信矩阵下，在局部信息条件下将各个楼宇设备的分布式优化问题映射建模为基于状态量序数的分布式优化模型，分布式优化模型包括状态空间函数、行为函数、状态更新函数、收益函数和势函数；

3)针对分布式优化模型，采用基于收益函数的基准学习方法，对各个时刻的分布式优化模型进行迭代计算，实现楼宇设备行为的分布式优化。

所述的步骤1)中通信矩阵S(t)采用以下公式1：

其中，s_ij(t)为通信矩阵中的元素，表示设备i和设备j之间的通信关系，i和j代表四类楼宇设备中的任一一种设备，i和j均取1,2,3或者4，i＝1,2,3,4，j＝1,2,3,4，1,2,3,4分别代表中央空调、智能照明系统、电梯智能监控设备和给排水系统，t代表时刻；当设备i和设备j之间不存在通信时，S_ij(t)＝0；当设备i和设备j之间存在通信时，S_ij(t)＝1。

所述的步骤1)中通信矩阵S(t)的最小通信要求具体为：

将各时刻的通信矩阵组成以下公式2的序列S_∧(η)，并利用序列完备条件进行判断：

S_∧(η)＝S(t_η)∧S(t_η-1)∧S(t_η-2)∧…∧S(t₀)(2)

其中，η代表时刻的序数，η取正整数，η＝1,2……；如果序列S_∧(η)是下三角完备的，那么该序列S_∧(η)对应的通信矩阵S(t)满足最小通信要求。

本发明基于状态量序数的分布式优化模型包括状态空间、行为、状态更新规则、收益函数以及势函数。

由于表征楼宇设备运行状态的状态变量在博弈演进过程中的重要影响，需要对模型中的状态空间进行恰当的刻画，以此反映交互信息对分布式优化过程的作用。因此所述的步骤2)中的状态空间函数为：

其中，x为状态空间中的状态变量，代表在当前博弈计算阶段中，所有楼宇设备对当前交互网络的信息和拓扑的描述；v_i表示当前设备i的真实值，分别表示当前设备i对中央空调、智能照明系统、电梯智能监控设备和给排水系统的真实值的状态空间估计值，表示包括的向量。