基于数字孪生的污（废）水源热泵区域供能系统协同优化
智慧供热系统
刘志斌导师课题组
总体目标：本项目以污水源热泵区域供能系统为研究对象，针对其运行阶段强耦合、大滞后、非线性等控制难点，考虑全生命周期的人因、环境、管网、设备、负荷等综合因素，提出一种基于数字孪生的污水源热泵区域供能系统全生命周期源-网-荷协同优化控制方法，通过物联网技术、信息融合技术、人工智能技术多学科交叉研究，建立污水源热泵区域供能系统智能控制新理论和新方法，提高系统运行效率，进一步降低建筑的运行能耗，为我国建筑领域的“双碳”目标实现提供有力的技术支撑。
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主要研究内容示意图
研究内容：
1. 模型虚体：建立全寿命周期污水源热泵区域供能系统运行过程的“源-网-荷”工业互联网信息模型。
1）建立考虑多目标环境调控要求的污水源区域供能系统“源”管控单元信息模型；
2）建立考虑热力平衡（最不利热力环路因素）的污水源区域供能系统“网”管控单元信息模型；
3）建立考虑人因、环境影响下的的污水源区域供能系统“荷”管控单元信息模型；
4）污水源区域供能系统“源-网-荷”信息模型的仿真试验验证研究。
2. 物理实体：研究基于“人因”的污水源热泵区域供能系统物联感知监测及智能识别方法。
1）研究不同工况及用能模式下建筑室内热环境、室外气候条件、运行调控参数对供能系统动态特性的影响变化规律；
2）面向智能化调控需求的污水源区域供能系统实时在线物联感知架构及监测技术研究；
3）不同用能模式下建筑室内的热舒适性感知及人员信息综合感知（人员数量、位置、状态等）、识别方法研究。
3. 虚实融合：研究基于“源-网-荷”孪生信息模型的污水源区域供能系统虚实交互机制
1）不同用能模式下“源-网-荷”孪生系统多源多模态异构数据的集成与融合处理技术；
2）模型虚体与物理实体之间的虚实交互模式及平行（以实促虚、化虚为实）智能工作机制研究；
3）基于物理实体数据驱动的能源供给系统大滞后负荷预测及智能调控方法仿真研究。
图2 污水源热泵系统区域供能系统示意图
图3 污水源区域供能系统数字孪生结构图
4. 协同优化：基于孪生智能体的污水源区域供能系统协同控制方法及优化算法研究
1）研究基于孪生模型虚体和物理实体数据驱动联合作用下的污水源区域供能系统机电设备智能控制方法；
2）根据不同工况和用能模式，从负荷和舒适“量-质”两方面的需求出发，提出以最小的能源消耗为目标的污水源区域供能系统协同优化算法；
3）不同工况下基于孪生智能体协同优化控制方法与传统模式切换方法的对比试验研究。
