專利：一種日光溫室節(jié)能優(yōu)化控制方法及裝置.pdf

19 國家知識產(chǎn)權(quán)局 12 發(fā)明 專利申請 10 申請公布號 43 申請公布日 21 申請 號 202210048273 8 22 申請日 2022 01 17 66 本國 優(yōu) 先權(quán)數(shù)據(jù) 202111642413 6 2021 12 29 CN 71 申請人 國網(wǎng)中興有限公司 地址 100761 北京市西城區(qū)白廣路二條一 號 申請人 中國農(nóng)業(yè)大 學(xué) 72 發(fā)明人 張榮強 袁海山 葉昀 陳有強 孫靚 張超 蘇娟 杜松懷 李拓 馮 永 鑫 陳緒城 74 專利代理 機構(gòu) 北京衛(wèi)平智業(yè)專利代理事務(wù) 所 普通 合 伙 1 1392 專利代理師 閆萍 51 Int Cl G05B 13 04 2006 01 A01G 9 24 2006 01 54 發(fā)明名稱 一種日光溫室節(jié)能優(yōu)化控制方法及裝置 57 摘要 本發(fā)明涉及一種日光溫室節(jié)能優(yōu)化控制方 法及裝置 裝置包括 數(shù)據(jù)采集模塊 信號調(diào)理模 塊 分析處理模塊 控制器模塊 執(zhí)行輸出模塊 數(shù)據(jù)采集模塊主要包括二氧化碳濃度傳感器 室 內(nèi)溫濕度傳感器 有毒有害氣體濃度傳感器 光 照傳感器 土壤墑情傳感器和監(jiān)控攝像頭 本發(fā) 明利用日光溫室內(nèi)環(huán)境參數(shù)可調(diào)節(jié)的特點 結(jié)合 農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用能需求 提出一種日光溫室節(jié)能優(yōu)化 控制方法與裝置 以新能源發(fā)電作為基礎(chǔ)能源 綜合考慮到可再生能源的就地消納問題的同時 兼顧網(wǎng)絡(luò)的運行成本問題 在實現(xiàn)了系統(tǒng)的運行 成本最小化的同時 又保證了溫室內(nèi)農(nóng)產(chǎn)品利益 最大化 與以往的考慮單一優(yōu)化目標(biāo)的系統(tǒng)相 比 優(yōu)勢較為明顯 權(quán)利要求書3頁 說明書6頁 附圖1頁 CN 114609903 A 2022 06 10 CN 114609903 A 1 一種日光溫室節(jié)能優(yōu)化控制方法 其特 征在于 包括如下步驟 1 采集溫室內(nèi)環(huán)境 參數(shù) 并進(jìn)行信號調(diào)理 2 經(jīng)過信號調(diào)理后 在經(jīng)典日光溫室模型情況下 對于強相關(guān)的數(shù)據(jù) 利用溫室內(nèi)環(huán)境 參數(shù)與各對應(yīng)設(shè)備用能的歷史數(shù)據(jù) 以最小二乘法為原則進(jìn)行擬合 找到溫室內(nèi)環(huán)境參數(shù) 與設(shè)備用能的映射關(guān)系 3 根據(jù)光伏板型號及性能 確定室外環(huán)境參數(shù)與光伏板總出力的映射關(guān)系 隨后將負(fù) 荷與光伏出力進(jìn)行整合 以用電費用最小化 為目標(biāo) 得到最終的目標(biāo)函數(shù) 4 將農(nóng)作物生長的環(huán)境條件約束作為不等式約束 電能守恒作為等式約束 以此確定 邊界條件 最 終利用拉格朗日乘數(shù)法進(jìn) 行求解 求出最優(yōu)解條件下的各個溫室內(nèi)環(huán)境參數(shù) 據(jù)此設(shè)定合適的滯回區(qū)間 并與接 收的當(dāng)前溫室內(nèi)環(huán)境參數(shù)進(jìn)行比較 輸出最優(yōu)溫室內(nèi)環(huán) 境 參數(shù) 2 如權(quán)利要求1所述的日光溫室節(jié)能優(yōu)化控制方法 其特征在于 映射關(guān)系包括 溫室 內(nèi)溫度與采暖設(shè)備日能耗量關(guān)系 土壤墑情與水肥一體化設(shè)備日能耗量關(guān)系 溫室內(nèi)有毒 有害氣體濃度與通風(fēng)設(shè)備日能耗量關(guān)系 溫室內(nèi)光照 強度與補光設(shè)備日能耗量關(guān)系 以及 溫室內(nèi)二氧化 碳濃度與二氧化 碳發(fā)生器日能耗 量關(guān)系 3 如權(quán)利要求1所述的日光溫室節(jié)能優(yōu)化控制方法 其特征在于 步驟3 所述目標(biāo)函數(shù) 定義 為 F mi nf wpg Tc H t L t s D t T AC G AC p 1 式中 F為日光溫室最小用電費用 w pg為電網(wǎng)向溫室輸送的電能 p為電價 T c為溫室內(nèi) 的溫度 H t為溫室內(nèi)有毒有害氣體濃度 L t為溫室內(nèi)光照強度 s為土壤墑情 D t為溫室內(nèi)二 氧化 碳濃度 T AC為電池板 工作溫度 G AC表示室外實際光照強度 4 如權(quán)利要求3所述的日光溫室節(jié)能優(yōu)化控制方法 其特征在于 步驟4 所述等式約束 為 wpg wall wppg C 2 wall w c ws wh wb wd wothers 3 式中 w all為溫室內(nèi)負(fù)荷 所用電能總量 w ppg為光伏的日內(nèi)總出力 C為儲能裝置的電量 wc為 溫室內(nèi)采暖設(shè)備日耗能 w s為 溫室內(nèi)水肥一體化設(shè)備日耗能 w h為 溫室內(nèi)通風(fēng)設(shè)備日耗 能 w b為溫室內(nèi)補光設(shè)備日耗能 w d為溫室內(nèi)二氧化碳發(fā)生器日耗能 w others為溫室內(nèi)傳感器 設(shè)備日耗能 為常量 5 如權(quán)利要求 4所述的日光溫室節(jié)能優(yōu)化控制方法 其特 征在于 式中 w ppg為光伏的日內(nèi)總出力 P STC為標(biāo)準(zhǔn)測試條件下的最大測試功率 G AC表示室外實 際光照強度 kW m 2 G STC為標(biāo)準(zhǔn)測試條件下的室外光照強度 取值為1kW m 2 k為功率溫度系 數(shù) 取值 0 43 k T AC為光伏電池板工作溫度 T STC為標(biāo)準(zhǔn)測試條件下的參考溫度 取值為 25 標(biāo)準(zhǔn)測試條件為太陽輻射強度G STC 1kW m 2 電池表面溫度T STC為25 點對大氣 光學(xué) 質(zhì)量 為AM1 5 權(quán) 利 要 求 書 1 3 頁 2 CN 114609903 A 式中 P ch t 和P dis t 分別為蓄電池在 t時刻的充電和放電功率 ch和 dis分別為蓄電池 充放電效率 6 如權(quán)利要求 4所述的日光溫室節(jié)能優(yōu)化控制方法 其特 征在于 式中 w c為溫室內(nèi)采暖設(shè)備日耗能 Q hp為制熱量 COP為性能系數(shù) 其中Q hp和 COP與溫室 內(nèi)溫度T c和空氣源熱泵出水口水溫T s1有關(guān) S fr描述除霜狀態(tài) 0 表示空氣源熱泵處于融霜 狀態(tài) 1 表示空氣源熱泵沒有除霜 P vent為排風(fēng)扇耗電功率 q air為進(jìn)入空氣源熱泵的空氣 體積流 量 其中排 風(fēng)扇耗電功率P vent決定進(jìn)入空氣源熱泵的空氣體積流 量q air 式中 w s為溫室內(nèi)水肥一體化設(shè)備日耗能 K表示水泵轉(zhuǎn)換效率 A gh k表示第k個溫室大 棚的作物種植面積 m 2 n表示溫室大棚灌溉時段總數(shù) K c i表示第i種作物的作物系數(shù) ET 0表 示 參照蒸散量 m m 其中ET 0與土壤墑情p s有關(guān) 式中 w h為溫室內(nèi)通風(fēng) 設(shè)備日耗能 p h f表示第f個溫室大棚排風(fēng)扇的額定功率總和 kW Kh f表 示在t時間段內(nèi)整個溫室大棚排風(fēng)扇工作數(shù)量比例 K h f 0 1 其中K h f與溫室內(nèi)有 毒 有 害氣體濃度H t有關(guān) 式中 w b為溫室內(nèi)補光 設(shè)備日耗能 p b f表示第f個溫室大棚補光燈的額定功率總和 kW Kb f表 示在t時間段內(nèi)整個溫室大棚補光燈工作數(shù)量比例 K b f 0 1 其中K b f與溫室內(nèi)光 照強度L t有關(guān) 式中 w d為溫室內(nèi)二氧化碳發(fā)生器日耗能 p d f表示第f個溫室大棚二氧化碳發(fā)生器的額 定功率總和 kW K d f表示在t時間段內(nèi)整個溫室大棚二氧化碳發(fā)生器工作數(shù)量比例 K d f 0 1 其中K d f與溫室內(nèi)二氧化 碳濃度D t有關(guān) 7 如權(quán)利要求4所述的日光溫室節(jié)能優(yōu)化控制方法 其特征在于 為保證儲能的正常使 用以及其使用壽命 儲能需滿足下列功率約束 Pch min P ch t P ch max 11 Pdis min P dis t P dis max 12 Cmin C t Cmax 13 式中 P ch min和 Pch max分別為充電功率的最小值和最大值 P dis min和 Pdis max分別為放電 功率的最小值和最大值 C min和C max分別為儲能容 量的最小值和最大值 8 如權(quán)利要求4所述的日光溫室節(jié)能優(yōu)化控制方法 其特征在于 步驟4 所述不等式約 束為 Tc min T c T c max 14 s min s s max 15 權(quán) 利 要 求 書 2 3 頁 3 CN 114609903 A 0 Ht Ht max 16 Lt min L t L t max 17 Dt min D t D t max 18 wppg min w ppg w ppg max 19 9 一種日光溫室節(jié)能優(yōu)化控制裝置 其特 征在于 包括 數(shù)據(jù)采集模塊 用于采集環(huán)境數(shù)據(jù) 信號調(diào)理模塊 用于對數(shù)據(jù)采集模塊采集的環(huán)境數(shù)據(jù)進(jìn)行信號調(diào)理 然后將調(diào)理后的 環(huán)境數(shù)據(jù)傳輸給分析處 理模塊 分析處理模塊 用于將農(nóng)作物生長的環(huán)境條件約束作為不等式約束 電能守恒作為等 式約束 以此確定邊界條件 最 終利用拉格朗日乘數(shù)法 求出最優(yōu)解條件下的各個溫室內(nèi)環(huán) 境參數(shù) 據(jù)此設(shè)定合適的滯回區(qū)間 并與接收的當(dāng)前溫室內(nèi)環(huán)境參數(shù)進(jìn) 行比較 得到預(yù)發(fā)出 的控制指令 通過 無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到控制器模塊 控制器模塊 用于 接收來自分析處 理模塊的控制指令 并對執(zhí) 行輸出模塊進(jìn)行控制 執(zhí)行輸出模塊 用于根據(jù)控制器模塊發(fā)出的控制指令 改變溫室內(nèi)各個執(zhí)行輸出設(shè)備 的運行狀態(tài) 10 如權(quán)利要求9所述的日光溫室節(jié)能優(yōu)化控制裝置 其特征在于 數(shù)據(jù)采集模塊包括 二氧化碳濃度傳感器 室內(nèi)溫濕度傳感器 有毒有害氣體濃度傳感器 光照傳感器 土壤墑 情傳感器和監(jiān)控攝像頭 通過WSN進(jìn) 行本地組網(wǎng) 再通過特定上網(wǎng)設(shè)備傳送至 云服務(wù)器和存 儲設(shè)備 從而實現(xiàn)實時狀態(tài)感知 執(zhí) 行輸出設(shè)備包括 水 肥一體化設(shè)備 二氧化 碳發(fā)生器 排 風(fēng)扇 補光燈和空氣源熱泵 權(quán) 利 要 求 書 3 3 頁 4 CN 114609903 A 一種日光溫室 節(jié)能優(yōu)化控制方 法及裝 置 技術(shù)領(lǐng)域 0001 本發(fā)明涉及可再生能源發(fā)電優(yōu)化控制及農(nóng) 業(yè)溫室技術(shù)領(lǐng)域 尤其涉及 一種日光溫 室節(jié)能優(yōu)化控制方法及裝置 背景技術(shù) 0002 農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中能源使用成本占其生產(chǎn)成本中的20 以上 需要考慮其中的運行 成本問題 作為現(xiàn)代高效農(nóng)業(yè)的重要組成部 分 溫室大棚有著室內(nèi)環(huán)境參數(shù)可控的特點 因 此可以獲取更高的農(nóng)產(chǎn)品收益 隨著我國對生態(tài)問題的越來越重視 在實現(xiàn)雙碳 目標(biāo)的大 背 景下 光伏發(fā)電技術(shù)被廣泛的應(yīng)用在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域 隨之而來的也出現(xiàn)了一些問題 光伏發(fā)電 作為日光溫室的能源被接入系統(tǒng) 雖可以提供部分能量 但對系統(tǒng)的運行成本分析尚不明 確 未能有效利用日光溫室內(nèi)環(huán)境溫度 光照強度 溫濕度等環(huán)境參數(shù)可控的條件 并且結(jié) 合農(nóng)業(yè)生產(chǎn)特點來進(jìn)行能源供給的優(yōu)化控制 來 降低分布式光伏接入日光溫室的運行成 本 發(fā)明內(nèi)容 0003 本發(fā)明針對日光溫室生產(chǎn)特點 提出綜合考慮分布式光伏發(fā)電 農(nóng)業(yè)生產(chǎn)設(shè)備等 特點的節(jié)能優(yōu)化控制方法 提供一種日光溫室節(jié)能優(yōu)化控制方法及裝置 0004 為達(dá) 到以上目的 本發(fā)明采取的技 術(shù)方案是 0005 一種日光溫室節(jié)能優(yōu)化控制方法 包括以下步驟 0006 1 采集溫室內(nèi)環(huán)境 參數(shù) 溫室數(shù)據(jù) 并進(jìn)行信號調(diào)理 0007 2 經(jīng)過信號調(diào)理后 在經(jīng)典日光溫室模型情況下 對于 強相關(guān)的數(shù)據(jù) 利用溫室內(nèi) 環(huán)境參數(shù)與各對應(yīng)設(shè)備用能的歷史數(shù)據(jù) 以最小二乘法為原則進(jìn)行擬合 找到溫室內(nèi)環(huán)境 參數(shù)與設(shè)備用能的映射關(guān)系 0008 映射關(guān)系包括 溫室內(nèi)溫度與采暖設(shè)備 例如空氣源熱泵 日能耗量關(guān)系 土壤墑 情與水肥一體化設(shè)備日能耗量關(guān)系 溫室內(nèi)有毒有害氣體濃度與通風(fēng)設(shè)備 例如排風(fēng)扇 日 能耗量關(guān)系 溫室內(nèi)光照強度與補光設(shè)備 例如補光燈 日能耗量關(guān)系 以及溫室內(nèi)二氧化 碳濃度與二氧化 碳發(fā)生器日能耗 量關(guān)系 0009 3 根據(jù)光伏板型號及性能 確定室外環(huán)境參數(shù)與光伏板總出力的映射關(guān)系 隨后 將 負(fù)荷與光伏出力進(jìn)行整合 以用電費用最小化 為目標(biāo) 得到最終的目標(biāo)函數(shù) 0010 4 將農(nóng)作物生長 的環(huán)境條件約束作為不等式約束 電能守恒作為等式約束 以此 確定邊界條件 最終利用拉格朗日乘數(shù)法進(jìn)行求解 求出最優(yōu)解條件下 的各個溫室內(nèi)環(huán)境 參數(shù) 據(jù)此設(shè)定合適的滯回區(qū)間 并與接收的當(dāng)前溫室內(nèi)環(huán) 境參數(shù)進(jìn) 行比較 輸出最優(yōu)溫室 內(nèi)環(huán)境 參數(shù) 0011 為達(dá)到運行成本最小化 將目標(biāo)函數(shù)以用電費用最小化形式體現(xiàn)出來 步驟3 所 述目標(biāo)函數(shù)定義 為 0012 F mi nf wpg Tc H t L t s D t T AC G AC p 1 說 明 書 1 6 頁 5 CN 114609903 A 0013 式中 F為日光溫室最小用電費用 w pg為電網(wǎng)向溫室輸送的電能 p為電價 T c為溫 室內(nèi) 的溫度 H t為溫室內(nèi)有毒有害氣體濃度 L t為溫室內(nèi)光照強度 s為土壤墑情 D t為溫室 內(nèi)二氧化 碳濃度 T AC為電池板 工作溫度 G AC表示室外實際光照強度 0014 根據(jù)能量守恒 步驟4 所述 等式約束為 0015 wpg wall wppg C 2 0016 wall w c ws wh wb wd wothers 3 0017 式中 w all為溫室內(nèi)負(fù)荷所用電能總量 w ppg為光伏的日內(nèi)總出力 C為儲能裝置 蓄 電池 的電量 w c為 溫室內(nèi)采暖設(shè)備日耗能 w s為 溫室內(nèi)水肥一體化設(shè)備日耗能 w h為 溫室內(nèi) 通風(fēng)設(shè)備日耗能 w b為溫室內(nèi)補光設(shè)備日耗能 w d為溫室內(nèi)二 氧化碳發(fā)生器日耗能 w others為 溫室內(nèi)傳感器設(shè)備日耗能 常量 0018 其中 0019 0020 式中 w ppg為光伏的日內(nèi)總出力 P STC為標(biāo)準(zhǔn)測試條件下的最大測試功率 G AC表示 室 外實際光照強度 kW m 2 G STC為標(biāo)準(zhǔn)測試條件下的室外光照強度 取值為1kW m 2 k為功率溫 度系數(shù) 取值 0 43 k T AC為光伏電池板工作溫度 T STC為標(biāo)準(zhǔn)測試條件下的參考溫度 取 值為25 標(biāo)準(zhǔn)測試條件為太陽輻射強度G STC 1kW m 2 電池表面溫度T STC為25 點對大氣 光學(xué)質(zhì)量 為AM1 5 0021 0022 式中 P ch t 和P dis t 分別為蓄電池在t時刻的充電和放電功率 ch和 dis分別為 蓄電池充放電效率 0023 0024 式中 w c為溫室內(nèi)采暖設(shè)備日耗能 Q hp為制熱量 COP為性能系數(shù) 其中Q hp和COP與 溫室內(nèi)溫度T c和空氣源熱泵出水口水溫T s1有關(guān) S fr描述除霜狀態(tài) 0 表示空氣源熱泵處于 融霜狀態(tài) 1 表示空氣源熱泵沒有除霜 P vent為排風(fēng)扇耗電功率 q air為進(jìn)入空氣源熱泵的 空氣體積流 量 其中排 風(fēng)扇耗電功率P vent決定進(jìn)入空氣源熱泵的空氣體積流 量q air 0025 0026 式中 w s為溫室內(nèi)水肥一體化設(shè)備日耗能 K表示水泵轉(zhuǎn)換效率 A gh k表示第k個溫 室大棚的作物種植面積 m 2 n表示溫室大棚灌溉時段總數(shù) K c i表示第i種作物的作物系數(shù) ET0表示 參照蒸散量 m m 其中ET 0與土壤墑情p s有關(guān) 0027 0028 式中 w h為溫室內(nèi)通風(fēng)設(shè)備日耗能 p h f表示第f個溫室大棚排風(fēng)扇的額定功率總 和 kW K h f表示在t時間段內(nèi)整個溫室大棚排風(fēng)扇工作數(shù)量比例 K h f 0 1 其中K h f與溫 室內(nèi)有 毒 有 害氣體濃度H t有關(guān) 0029 說 明 書 2 6 頁 6 CN 114609903 A 0030 式中 w b為溫室內(nèi)補光設(shè)備日耗能 p b f表示第f個溫室大棚補光燈的額定功率總 和 kW K b f表示在t時間段內(nèi)整個溫室大棚補光燈工作數(shù)量比例 K b f 0 1 其中K b f與溫 室內(nèi)光照強度L t有關(guān) 0031 0032 式中 w d為溫室內(nèi)二氧化碳發(fā)生器日耗能 p d f表示第f個溫室大棚二氧化碳發(fā)生 器的額定功 率總和 kW K d f表 示在t時間段內(nèi)整個溫室大棚二氧化碳 發(fā)生器工作數(shù)量比例 Kd f 0 1 其中K d f與溫室內(nèi)二氧化 碳濃度D t有關(guān) 0033 為保證儲能的正常使用以及其使用壽命 儲能需滿足下列功率約束 0034 Pch min P ch t P ch max 11 0035 Pdis min P dis t P dis max 12 0036 Cmin C t Cmax 13 0037 式中 P ch min和P ch max分別為充電功率的最小值和最大值 P dis min和P dis max分別為放 電功率的最小值和最大值 C min和C max分別為儲能容 量的最小值和最大值 0038 步驟4 所述 不 等式約束為 0039 Tc min T c T c max 14 0040 s min s s max 15 0041 0 Ht Ht max 16 0042 Lt min L t L t max 17 0043 Dt min D t D t max 18 0044 wppg min w ppg w ppg max 19 0045 一種日光溫室節(jié)能優(yōu)化控制裝置 包括 0046 數(shù)據(jù)采集模塊 用于采集環(huán)境數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù)采集模塊包括二氧化碳濃度傳感器 室內(nèi) 溫濕度傳感器 有毒有害氣體濃度傳感器 光照傳感器 土壤墑情傳感器和監(jiān)控攝像頭 通 過WSN進(jìn) 行本地組網(wǎng) 再通過特定上網(wǎng)設(shè)備傳送至 云服務(wù)器和存儲設(shè)備 從而實現(xiàn)實時狀態(tài) 感知 0047 信號調(diào)理模塊 用于對數(shù)據(jù)采集模塊采集的環(huán)境數(shù)據(jù)進(jìn)行信號調(diào)理 然后將調(diào)理 后的環(huán)境數(shù)據(jù)傳輸給分析處 理模塊 0048 分析處理模塊 用于將農(nóng)作物生長 的環(huán)境條件約束作為不等式約束 電能守恒作 為等式約束 以此確定邊界條件 最 終利用拉格朗日乘數(shù)法 求出最優(yōu)解條件下的各個溫室 內(nèi)環(huán)境參數(shù) 據(jù)此設(shè)定合適的滯回區(qū)間 并與接收的當(dāng)前溫室內(nèi)環(huán)境參數(shù)進(jìn)行比較 得到預(yù) 發(fā)出的控制指令 通過 無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到控制器模塊 0049 控制器模塊 用于接收來自分析處理模塊的控制指令 并對執(zhí)行輸出模塊進(jìn)行控 制 0050 執(zhí)行輸出模塊 用于根據(jù)控制器模塊發(fā)出的控制指令 改變溫室內(nèi)各個執(zhí)行輸出 設(shè)備的運行狀態(tài) 0051 其中執(zhí)行輸出設(shè)備包括 水肥一體化設(shè)備 二氧化碳發(fā)生器 排風(fēng)扇 補光燈 空氣 源熱泵 0052 本發(fā)明的有益效果 本發(fā)明利用日光溫室內(nèi)環(huán)境參數(shù)可調(diào)節(jié)的特點 結(jié)合農(nóng)業(yè)生 說 明 書 3 6 頁 7 CN 114609903 A 產(chǎn)用能需求 提出一種日光溫室節(jié)能優(yōu)化控制方法與裝置 以新能源 太陽能 發(fā)電作為基 礎(chǔ)能源 綜合考慮到可再生能源的就地消納問題的同時兼顧網(wǎng)絡(luò)的運行成本 問題 在實現(xiàn) 了系統(tǒng)的運行成本最小化的同時 又保證了溫室內(nèi)農(nóng)產(chǎn)品利益最大化 與以往的考慮單一 優(yōu)化目標(biāo)的系統(tǒng)相比 優(yōu)勢較為明顯 0053 本發(fā)明通過傳感器系統(tǒng) 控制系統(tǒng) 執(zhí)行輸出系統(tǒng)將環(huán)境參數(shù)控制在適宜作物生 長的最優(yōu) 范圍 并優(yōu)化光伏發(fā)電系統(tǒng)出力 使日光溫室生產(chǎn)系統(tǒng)運行所需電費最少 提高節(jié) 能效果 降低生產(chǎn)成本 附圖說明 0054 本發(fā)明有如下附圖 0055 圖1為本發(fā)明的日光溫室節(jié)能優(yōu)化控制裝置構(gòu)成示 意圖 0056 圖2為本發(fā)明的日光溫室節(jié)能優(yōu)化控制策略示 意圖 具體實施方式 0057 以下 結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一 步詳細(xì)說明 0058 為使本發(fā)明的目的 技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實 施案例做說明 0059 圖1為本發(fā)明的日光溫室節(jié)能優(yōu)化控制裝置構(gòu)成圖 如圖1所示 該控制裝置包括 數(shù)據(jù)采集模塊 主要包括二氧化碳濃度傳感器 室內(nèi)溫濕度傳感器 有毒有害氣 體濃度傳感 器 光照傳感器 土壤墑情傳感器和監(jiān)控攝像頭 信號調(diào)理模塊 分析處理模塊 控制器模 塊 執(zhí)行輸出模塊 水肥一體化設(shè)備 二氧化碳發(fā)生器 補光燈 排風(fēng)扇 空氣源熱泵等 采 集到的日光溫室的各類數(shù)據(jù)經(jīng)過信號調(diào)理模塊放大調(diào)理 傳送到分析處理模塊 分析處理 模塊利用建立的數(shù)據(jù)模型算法 求出最優(yōu)解條件下 的各個環(huán)境參數(shù) 并與接 收的當(dāng)前溫室 內(nèi)環(huán)境參數(shù)進(jìn) 行比較 得到預(yù)發(fā)出的控制 信號 通過無線網(wǎng)絡(luò)到達(dá)本地控制器模塊 控制本 地執(zhí)行輸出設(shè)備 水肥一體化設(shè)備 二氧化碳發(fā)生器 排風(fēng)扇 補光燈 空氣源熱泵等 的工 作狀態(tài) 例如 電機啟停 補光燈亮 滅 0060 圖2為本發(fā)明的日光溫室節(jié)能優(yōu)化控制方法策略圖 0061 具體地 采集溫室數(shù)據(jù) 在經(jīng)典日光溫室模型情況下 對于強相關(guān)的數(shù)據(jù) 利用溫 室數(shù)據(jù)與各對應(yīng)設(shè)備用能的大量歷史數(shù)據(jù) 以最小二乘法為原則進(jìn)行擬合 找到溫室數(shù)據(jù) 與設(shè)備用能的映射關(guān)系 0062 0063 式中 w c為溫室內(nèi)采暖設(shè)備日耗能 Q hp為制熱量 COP為性能系數(shù) 其中Q hp和COP與 溫室內(nèi)溫度T c和空氣源熱泵出水口水溫T s1有關(guān) S fr描述除霜狀態(tài) 0 表示空氣源熱泵處于 融霜狀態(tài) 1 表示空氣源熱泵沒有除霜 P vent為排風(fēng)扇耗電功率 q air為進(jìn)入空氣源熱泵的 空氣體積流 量 其中排 風(fēng)扇耗電功率P vent決定進(jìn)入空氣源熱泵的空氣體積流 量q air 0064 0065 式中 w s為溫室內(nèi)水肥一體化設(shè)備日耗能 K表示水泵轉(zhuǎn)換效率 A gh k表示第k個溫 說 明 書 4 6 頁 8 CN 114609903 A 室大棚的作物種植面積 m 2 n表示溫室大棚灌溉時段總數(shù) K c i表示第i種作物的作物系數(shù) ET0表示 參照蒸散量 m m 其中ET 0與土壤墑情p s有關(guān) 0066 0067 式中 w h為溫室內(nèi)通風(fēng)設(shè)備日耗能 p h f表示第f個溫室大棚排風(fēng)扇的額定功率總 和 kW K h f表示在t時間段內(nèi)整個溫室大棚排風(fēng)扇工作數(shù)量比例 K h f 0 1 其中K h f與溫 室內(nèi)有 毒 有 害氣體濃度H t有關(guān) 0068 0069 式中 w b為溫室內(nèi)補光設(shè)備日耗能 p b f表示第f個溫室大棚補光燈的額定功率總 和 kW K b f表示在t時間段內(nèi)整個溫室大棚補光燈工作數(shù)量比例 K b f 0 1 其中K b f與溫 室內(nèi)光照強度L t有關(guān) 0070 0071 式中 w d為溫室內(nèi)二氧化碳發(fā)生器日耗能 p d f表示第f個溫室大棚二氧化碳發(fā)生 器設(shè)備的額定功率總和 kW K d f表示在t時間段內(nèi)整個溫室大棚二氧化碳發(fā)生器工作數(shù)量 比例 K d f 0 1 其中K d f與溫室內(nèi)二氧化 碳濃度D t有關(guān) 0072 具體地 由于不同農(nóng)作物的生長對環(huán)境條件要求不同 為促進(jìn)植物的生長發(fā)育 從 而獲得優(yōu)質(zhì)高產(chǎn) 故將農(nóng)作物生長的環(huán)境條件約束作為不等式約束 由此引出不等式約束 為 0073 Tc min T c T c max 0074 s min s s max 0075 0 Ht Ht max 0076 Lt min L t L t max 0077 Dt min D t D t max 0078 wppg min w ppg w ppg max 0079 具體地 根據(jù)各類光伏板型號及性能 確定室外環(huán)境參數(shù)與光伏板總出力的映射 關(guān)系 隨后將 負(fù)荷與光伏出力進(jìn)行整合 得到最終的目標(biāo)函數(shù) 0080 F mi nf wpg Tc H t L t s D t T AC G AC p 0081 式 中 F為日光溫室最小用電費用 W pg為電網(wǎng)向園區(qū)輸送的電能 p為電價 0082 根據(jù)能量守恒 等式約束為 0083 wpg wall wppg C 0084 wall w c ws wh wb wd wothers 0085 式中 w all為溫室內(nèi)負(fù)荷所用電能總量 w ppg為光伏的日內(nèi)總出力 C為儲能裝置 蓄 電池 的電量 w c為 溫室內(nèi)采暖設(shè)備日耗能 w s為 溫室內(nèi)水肥一體化設(shè)備日耗能 w h為 溫室內(nèi) 通風(fēng)設(shè)備日耗能 w b為溫室內(nèi)補光設(shè)備日耗能 w d為溫室內(nèi)二 氧化碳發(fā)生器日耗能 w others為 溫室內(nèi)傳感器設(shè)備日耗能 常量 0086 其中 光伏的日內(nèi)總出力滿足 說 明 書 5 6 頁 9 CN 114609903 A 0087 0088 wppg min w ppg w ppg max 0089 蓄電池充放電滿足 0090 0091 Pch min P ch t P ch max 0092 Pdis min P dis t P dis max 0093 Cmin C t Cmax 0094 利用拉格朗日乘數(shù)法 并考慮約束條件 求出最優(yōu)解條件下的各個溫室內(nèi)環(huán)境參 數(shù) 據(jù)此設(shè)定合適的滯回區(qū)間 并與接收的當(dāng)前溫室內(nèi)環(huán)境參數(shù)進(jìn) 行比較 得到預(yù)發(fā)出的控 制指令 0095 具體地 控制指令通過無線網(wǎng)絡(luò)到達(dá)執(zhí)行輸出模塊 根據(jù)設(shè)備驅(qū)動器接收到 的控 制指令 控制本地執(zhí) 行設(shè)備的工作狀態(tài) 0096 以上實施方式僅用于說明本發(fā)明 而并非對本發(fā)明的限制 有關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的普通 技術(shù)人員 在不脫離本發(fā)明的實質(zhì)和范圍的情況下 還可以做出各種變化和變型 因此所有 等同的技 術(shù)方案也屬于 本發(fā)明的保護(hù)范圍 0097 本說明書中未作詳細(xì)描述的內(nèi)容屬于 本領(lǐng)域?qū)I(yè) 技 術(shù)人員公知的現(xiàn)有技 術(shù) 說 明 書 6 6 頁 10 CN 114609903 A 圖1 圖2 說 明 書 附 圖 1 1 頁 11 CN 114609903 A