本发明属于可再生能源应用与建筑用能电气化，具体涉及一种水地源热泵供暖水温智能调控方法。
背景技术：
1、为实现国家双碳目标，建筑用能电气化已成为业内共识。水地源热泵供暖技术，能够有效开发自然或人工水体、土壤、工艺循环水源中的低品位热能，并与采暖需求相匹配，具有技术成熟、可靠性高、地上空间占用率低、供暖面积大等优势，已在各个气候区广泛应用。已有的水地源热泵供暖系统，大多采用供暖出水温度单回路pid控制。虽然该控制系统结构简单、易于实现，但也存在如下问题：1)供暖出水温度波动较大，易造成室温波动，影响热舒适体验；2)水温调节过程较长，对室温控制需求的响应存在滞后；3)对室温调节的无力感使得运维人员不敢轻易减少供暖流量，被迫采用“小温差、大流量”的高耗能方式维持热用户间脆弱的热力平衡。可见，解决上述问题具有显著的节能效益、社会效益和工程价值。
技术实现思路
1、本发明的目的在于提供一种水地源热泵供暖水温智能调控方法，用于解决现有的水地源热泵供暖时存在节能效益差的技术问题。
2、为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：
3、本发明公开了一种水地源热泵供暖水温智能调控方法，包括以下步骤：
4、基于以供暖回水温度为被控对象的串级控制框架进行智能调控；
5、根据所述以供暖回水温度为被控对象的串级控制框架，嵌入有带有smith预估器的时间滞后补偿结构；
6、根据所述以供暖回水温度为被控对象的串级控制框架，嵌入有基于改进的oustaloup滤波器的非整数阶pid控制器；
7、所述基于改进的oustaloup滤波器的非整数阶pid控制器采用改进多目标烟花算法整定结构参数。
8、进一步地，根据所述以供暖回水温度为被控对象的串级控制框架，嵌入有基于改进的oustaloup滤波器的非整数阶pid控制器的执行过程，包括：
9、将气象参数和室内温度预设的供暖回水温度的设定值和供暖回水温度测量变送器反馈的温度信号的偏差，输入供暖回水温度非整数阶pid控制器中，输出信号u1；
10、将输出信号u1和热泵机组冷凝器出水温度测量变送器反馈的供暖水温信号的偏差，输入供暖水温非整数阶pd控制器，输出信号u2；
11、将输出信号u2输入热泵机组压缩机，输出信号mr；
12、将信号mr输入热泵机组冷凝器，输出冷凝器出水温度；
13、将信号冷凝器出水温度输入供暖热负荷，输出供暖回水温度。
14、进一步地，根据所述以供暖回水温度为被控对象的串级控制框架，嵌入有带有smith预估器的时间滞后补偿结构的执行过程，包括：
15、将时滞环节分别并联在冷凝器出水温度输出环节和供暖回水温度输出环节，分别转化为带smith预估器的冷凝器出水温度被控对象和带smith预估器的供暖回水温度被控对象。
16、进一步地，所述基于改进的oustaloup滤波器的非整数阶pid控制器采用改进多目标烟花算法整定结构参数，具体过程包括以下步骤：
17、通过线性加权求和的方式设置结构参数的评价指标，如下式所示：
18、
19、其中：itue为结构参数的寻优指标；e(τ)为偏差；τ为积分时间变量；u(t)为控制器输出；d为微分算符；ω1、ω2、ω3分别是积分时间平方误差的加权因子、控制器输出u(t)的积分加权因子、系统误差率的积分加权因子；u(t)为非整数阶pid控制器的输出信号；d是分数阶微积分算子；λ为分数阶积分阶次；μ为分数阶微分阶次；kp、ki、kd分别是比例调节系数、分数阶积分调节系数、分数阶微分调节系数；
20、取itue的最小值作为寻优目标，确定分数阶pid控制器的结构参数。
21、进一步地，所述改进多目标烟花算法的执行流程如下：
22、s1：初始化多目标烟花算法相关参数；
23、s2：随机生成第一代烟花的位置信息，即非整数阶pid控制器结构参数，公式如下式所示：
24、
25、其中：xf为烟花的位置，上标z代表第z维度搜索空间，下标i代表迭代次数；xzmax，xzmin分别为第z维度搜索空间的上下限；rand(0 1)表示在0到1之间的随机数；
26、s3：将烟花的位置信息发送给供暖回水温度非整数阶pid控制器，并模拟控制系统，获取适应度，并记为f(xi)参与以下步骤的计算；
27、s4：点燃烟花产生火花，通过下式计算生成火花数，
28、
29、并由下式决定火花的位置，
30、
31、其中：round()函数是取整函数，ni为第i次迭代生成的火花数，nc为总火花数的常数；∫max为目标函数的最大值，ε为机器容差；nmax，nmin分别是烟花产生的火花数的上下限；xs为点燃烟花产生的火花的位置；xzc是柯西火花的历史位置；xz*是当前最佳烟花的位置；ni是第i次烟花产生的爆炸火花的数量；<ni>是第i次爆炸火花的平均数量；n(0 1)是一个均值为0，方差为1的高斯分布函数，用于生成随机扰动；
32、s5：通过爆炸突变产生突变火花，即利用突变行为根据下式创建新一代控制器的结构参数集，如下式所示：
33、
34、其中：xm为突变火花，cauchy(0 1)为标准柯西分布函数，p为随机变化的概率；
35、s6：对筛选烟花进行筛选，对越界的烟花通过下式采取规范措施：
36、
37、其中：xzj表示第j个个体在z维边界外的位置，％表示模运算符号；
38、s7：将烟花、爆炸火花、柯西火花的位置信息全部发送给供暖回水温度非整数阶pid控制器，模拟控制系统以获取新的适应度值itue，构成侯选池；
39、s8：从烟花、爆炸火花和柯西火花组成的候选池中选出itue最小的个体作为下一代烟花的“精英”，另从候选池中随机选择其它烟花，共同构成下一代烟花，并模拟控制系统；
40、s9：如果系统性能满足要求，或在搜索过程中达到最大迭代次数，则选择适应度函数值最小的烟花作为问题的最优解。
41、进一步地，所述非整数阶pid控制器结构参数包括kp1**，ki**，kd1**，λ**，μ1**，kp2**，kd2**，μ2**；
42、其中：kp1**、ki**、kd1**、λ**、μ1**分别是供暖回水温度非整数阶pid控制器的比例调节系数、积分调节系数、微分调节系数、积分阶次、微分阶次；kp2**、kd2**、μ2**分别是供暖水温非整数阶pid控制器的比例调节系数、微分调节系数、微分阶次。
43、进一步地，所述冷凝器出水温度受到随机干扰σf2的影响。
44、进一步地，所述供暖回水温度受到随机干扰σf1的影响。
45、进一步地，所述冷凝器出水温度为供暖水温，记为ts。
46、进一步地，如果系统性能满足要求，或在搜索过程中达到最大迭代次数，则选择适应度函数值最小的烟花作为问题的最优解；否则重复s4。
47、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
48、本发明公开了一种水地源热泵供暖水温智能调控方法，由于设置供暖回水温度为被控参数，通过水温调节取代流量调节，解耦水温控制与压力控制，为热泵供暖系统摈弃“小温差、大流量”创造了前提，降低了热泵压缩机、循环水泵的能耗，提升了供暖能效。
49、进一步地，通过通过设置串级控制结构，改善了室内温度的稳定性，提升了室内人员热舒适体验。最后，由于融合了smith预估器与非整数阶pid控制器，通过改进的人工鱼群算法自适应整定控制器结构参数，加速了供暖回水温度的调节过程，提高了调节精度、改善了调节品质。
1.一种水地源热泵供暖水温智能调控方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种水地源热泵供暖水温智能调控方法，其特征在于，根据所述以供暖回水温度为被控对象的串级控制框架，嵌入有基于改进的oustaloup滤波器的非整数阶pid控制器的执行过程，包括：
3.根据权利要求2所述的一种水地源热泵供暖水温智能调控方法，其特征在于，根据所述以供暖回水温度为被控对象的串级控制框架，嵌入有带有smith预估器的时间滞后补偿结构的执行过程，包括：
4.根据权利要求2所述的一种水地源热泵供暖水温智能调控方法，其特征在于，所述基于改进的oustaloup滤波器的非整数阶pid控制器采用改进多目标烟花算法整定结构参数，具体过程包括以下步骤：
5.根据权利要求4所述的一种水地源热泵供暖水温智能调控方法，其特征在于，所述改进多目标烟花算法的执行流程如下：
6.根据权利要求5所述的一种水地源热泵供暖水温智能调控方法，其特征在于，所述非整数阶pid控制器结构参数包括kp1**，ki**，kd1**，λ**，μ1**，kp2**，kd2**，μ2**；
7.根据权利要求5所述的一种水地源热泵供暖水温智能调控方法，其特征在于，所述冷凝器出水温度受到随机干扰σf2的影响。
8.根据权利要求5所述的一种水地源热泵供暖水温智能调控方法，其特征在于，所述供暖回水温度受到随机干扰σf1的影响。
9.根据权利要求5所述的一种水地源热泵供暖水温智能调控方法，其特征在于，所述冷凝器出水温度为供暖水温，记为ts。
10.根据权利要求5所述的一种水地源热泵供暖水温智能调控方法，其特征在于，如果系统性能满足要求，或在搜索过程中达到最大迭代次数，则选择适应度函数值最小的烟花作为问题的最优解；否则重复s4。
