Оптимальное управление энергопотреблением и микроклиматом больших многозонных зданий

Автор(ы): Колодкина А.С., Марьясин О.Ю., Огарков А.А.

Выпуск: 75

Рубрика: Управление техническими системами и технологическими процессами

Год: 2018

Библиография: Колодкина А.С., Марьясин О.Ю., Огарков А.А. Оптимальное управление энергопотреблением и микроклиматом больших многозонных зданий // Управление большими системами. Выпуск 75. М.: ИПУ РАН, 2018. С.146-169. URL: https://doi.org/10.25728/ubs.2018.75.7

Дата опубликования: 30.09.2018

Ключевые слова: микроклимат, энергоресурсоэффективность, Model Predictive Control, иерархическое оптимальное управление, MATLAB

Аннотация: Рассмотрена задача энергоэффективного управления микроклиматом больших многозонных зданий. Для решения указанной задачи предлагается использовать метод иерархического распределенного прогнозирующего оптимального управления (MPC-подход). Данный метод позволяет достичь минимума глобального критерия качества и выполнение ограничений для всей системы с учетом взаимосвязей между подсистемами. При реализации иерархического распределенного MPC-алгоритма возникает проблема скоординированного решения задач математического программирования для каждой из подсистем. Для решения глобальной задачи математического программирования авторы предлагают метод, основанный на методе декомпозиции путем разделения ресурсов. Авторами доказано, что если локальные задачи оптимизации имеют решение при определенных допущениях на множества допустимых решений локальных задач, то и задача координации будет иметь допустимое оптимальное решение. Результаты численных экспериментов показали преимущества использования предложенного авторами подхода для управления микроклиматом больших многозонных зданий. Сравнение различных вариантов реализации MPC-алгоритма показало, что иерархический распределенный MPC-алгоритм обеспечивает требуемое качество поддержания микроклимата с учетом выполнения глобальных ограничений при наименьшем энергопотреблении. Наличие различных видов энергоресурсов позволяет, например, при резком увеличении потребления тепловой энергии в часы пик, связанное с ее расходом на бытовые нужды, увеличить, для поддержания требуемого микроклимата, расход электроэнергии.

Author(s): Kolodkina A., Maryasin O., Ogarkov A.

Article title: Optimal control for building energy and comfort management of large multi-zone buildings

Issue: 75

Year: 2018

Keywords: indoor environment, energy and resource efficiency, Model Predictive Control, hierarchical optimal control, MATLAB

Abstract: In this article, the problem of energy-efficient control of the indoor environment of large multi-zone buildings is considered. To solve this problem, it is proposed to use the hierarchical, distributed, predictive optimal control method (MPC approach). This method allows you to achieve a minimum of the global quality criterion and the implementation of restrictions for the whole system, taking into account the interrelationships between subsystems. When implementing a hierarchical distributed MPC-algorithm, there arises the problem of coordinated solution for the mathematical programming problems for each of the subsystems. To solve the global problem of mathematical programming, the authors propose a method based on the decomposition method via resource sharing. The authors prove that under certain assumptions on sets of admissible solutions for local problems, if the local optimization problems have a solution, then the coordination problem will have an admissible optimal solution. Numerical results are presented in order to illustrate the effectiveness of the proposed control strategy. As a result of comparison of various variants of the optimal control implementation, it is established that hierarchical distributed approach provides the best compliance with the limitations and the greatest energy saving. The availability of various types of energy resources allows, for example, in case of a sharp increase in the household needs consumption of thermal energy during peak hours, to increase the input of electricity to maintain the required microclimate.