【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)屬于智能化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和能源調(diào)度，更具體的，涉及一種基于動(dòng)態(tài)預(yù)測模型的電力需求響應(yīng)調(diào)度方法。
技術(shù)介紹
1、隨著全球農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化進(jìn)程的加快，農(nóng)業(yè)溫室作為保障高效、穩(wěn)定作物生產(chǎn)的重要設(shè)施，其對(duì)環(huán)境條件的精確控制需求日益增長。溫室內(nèi)的溫度、濕度和光照等環(huán)境參數(shù)需要維持在特定范圍內(nèi)，以促進(jìn)作物的最佳生長。為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，溫室廣泛依賴供暖、制冷和照明系統(tǒng)，這些系統(tǒng)的能源需求不僅龐大且具有較強(qiáng)的波動(dòng)性，較易受外部氣候條件的影響。因此，如何高效、智能地管理溫室的能源使用，成為提升農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率和降低運(yùn)營成本的關(guān)鍵。
2、目前，農(nóng)業(yè)溫室的能源管理主要采用基于規(guī)則的控制方法和傳統(tǒng)的需求響應(yīng)（dr）系統(tǒng)。這些系統(tǒng)通常依賴于預(yù)設(shè)的環(huán)境參數(shù)和能源使用策略，缺乏對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)能力。隨著信息技術(shù)和智能控制技術(shù)的發(fā)展，基于模型預(yù)測的電力需求響應(yīng)系統(tǒng)逐漸引入溫室能源管理中，利用預(yù)測模型對(duì)未來的能源需求和環(huán)境變化進(jìn)行預(yù)測，并據(jù)此優(yōu)化能源調(diào)度方案，以實(shí)現(xiàn)能源的高效利用和成本的最小化。同時(shí)，部分溫室已開始結(jié)合使用可再生能源（如太陽能）與傳統(tǒng)能源（如電網(wǎng)供電），以提高能源供應(yīng)的可持續(xù)性和穩(wěn)定性。
3、但是，現(xiàn)有的溫室能源管理方法中，由于作物生長周期的多樣性與敏感性，不同作物及其不同生長階段對(duì)環(huán)境條件有著各異且高度敏感的需求，而現(xiàn)有的dr系統(tǒng)在能源使用調(diào)整方面缺乏足夠的靈活性，較難精準(zhǔn)匹配多樣化的作物需求和動(dòng)態(tài)變化的生長周期。另外，根據(jù)可再生能源與傳統(tǒng)能源的混合管理難度，農(nóng)業(yè)溫室中常常需要同時(shí)利用太陽能等可再生能源和電網(wǎng)供電等傳統(tǒng)能源
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、為解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本專利技術(shù)的目的在于解決上述缺陷，進(jìn)而提出一種基于動(dòng)態(tài)預(yù)測模型的電力需求響應(yīng)調(diào)度方法。
2、本專利技術(shù)采用如下的技術(shù)方案。
3、本專利技術(shù)第一方面公開了一種基于動(dòng)態(tài)預(yù)測模型的電力需求響應(yīng)調(diào)度方法，所述方法包括：
4、實(shí)時(shí)獲取溫室內(nèi)外的環(huán)境數(shù)據(jù)、作物生長需求數(shù)據(jù)以及能源供應(yīng)數(shù)據(jù)，并對(duì)所述環(huán)境數(shù)據(jù)、作物生長需求數(shù)據(jù)以及能源供應(yīng)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，以構(gòu)建數(shù)據(jù)集；
5、基于所述數(shù)據(jù)集構(gòu)建氣體交換模型和動(dòng)力學(xué)營養(yǎng)傳輸模型，并輸出所述氣體交換模型和動(dòng)力學(xué)營養(yǎng)傳輸模型的參數(shù)與狀態(tài)；
6、通過貝葉斯網(wǎng)絡(luò)基于所述氣體交換模型和動(dòng)力學(xué)營養(yǎng)傳輸模型輸出的參數(shù)與狀態(tài)進(jìn)行分析，以預(yù)測未來第一時(shí)間段內(nèi)溫室內(nèi)環(huán)境數(shù)據(jù)的變化趨勢，輸出未來環(huán)境數(shù)據(jù)的預(yù)測結(jié)果；
7、通過多目標(biāo)優(yōu)化算法根據(jù)所述未來環(huán)境數(shù)據(jù)的預(yù)測結(jié)果制定能源調(diào)度方案，確定供暖、制冷以及照明系統(tǒng)的能源使用策略，以輸出最優(yōu)能源調(diào)度方案；
8、其中，所述環(huán)境數(shù)據(jù)包括溫度、濕度、光照強(qiáng)度、二氧化碳濃度以及營養(yǎng)液流量，所述能源供應(yīng)數(shù)據(jù)包括太陽能和電能，所述預(yù)處理包括缺失值處理、異常值檢測以及數(shù)據(jù)平滑處理，所述氣體交換模型用于模擬溫室內(nèi)二氧化碳濃度和氧氣的動(dòng)態(tài)變化，所述動(dòng)力學(xué)營養(yǎng)傳輸模型用于模擬營養(yǎng)液在水培系統(tǒng)中的傳輸和分布。
9、進(jìn)一步的，所述實(shí)時(shí)獲取溫室內(nèi)外的環(huán)境數(shù)據(jù)、作物生長需求數(shù)據(jù)以及能源供應(yīng)數(shù)據(jù)，并對(duì)所述環(huán)境數(shù)據(jù)、作物生長需求數(shù)據(jù)以及能源供應(yīng)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，以構(gòu)建數(shù)據(jù)集，包括：
10、通過多個(gè)傳感器以及能源監(jiān)測設(shè)備實(shí)時(shí)監(jiān)測所述溫室內(nèi)外的環(huán)境數(shù)據(jù)、作物生長需求數(shù)據(jù)以及能源供應(yīng)數(shù)據(jù)，并基于所述環(huán)境數(shù)據(jù)、作物生長需求數(shù)據(jù)以及能源供應(yīng)數(shù)據(jù)構(gòu)建原始數(shù)據(jù)集；
11、以所述原始數(shù)據(jù)集中對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)列的均值作為填充值對(duì)所述原始數(shù)據(jù)集進(jìn)行缺失值填充，并采用三西格瑪原則檢測所述原始數(shù)據(jù)集中的異常值，以在檢測到異常值時(shí)，將所述異常值替換為所述原始數(shù)據(jù)集中對(duì)應(yīng)列的中位數(shù)；
12、通過移動(dòng)平均法對(duì)所述原始數(shù)據(jù)集進(jìn)行數(shù)據(jù)平滑處理，并對(duì)清洗后的環(huán)境數(shù)據(jù)、作物生長需求數(shù)據(jù)以及能源供應(yīng)數(shù)據(jù)進(jìn)行集成，以輸出集成數(shù)據(jù)集。
13、進(jìn)一步的，所述實(shí)時(shí)獲取溫室內(nèi)外的環(huán)境數(shù)據(jù)、作物生長需求數(shù)據(jù)以及能源供應(yīng)數(shù)據(jù)，并對(duì)所述環(huán)境數(shù)據(jù)、作物生長需求數(shù)據(jù)以及能源供應(yīng)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，以構(gòu)建數(shù)據(jù)集，還包括：
14、對(duì)所述集成數(shù)據(jù)集進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化和歸一化處理，以消除所述集成數(shù)據(jù)集中不同量綱和量級(jí)對(duì)所述氣體交換模型和動(dòng)力學(xué)營養(yǎng)傳輸模型的影響，輸出轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)集；
15、其中，標(biāo)準(zhǔn)化處理表達(dá)式為：
16、
17、歸一化處理表達(dá)式為：
18、
19、式中，和分別為第i行第j列表元素的標(biāo)準(zhǔn)化結(jié)果和歸一化結(jié)果，為集成數(shù)據(jù)集中第i行第j列的元素，為第j列的均值，為第j列的標(biāo)準(zhǔn)差，和分別為第j列的最小值和最大值。
20、進(jìn)一步的，所述基于所述數(shù)據(jù)集構(gòu)建氣體交換模型和動(dòng)力學(xué)營養(yǎng)傳輸模型，并輸出所述氣體交換模型和動(dòng)力學(xué)營養(yǎng)傳輸模型的參數(shù)與狀態(tài)，包括：
21、從所述轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)集中獲取所述氣體交換模型需要的第一基本參數(shù)，所述第一基本參數(shù)包括溫室內(nèi)外的二氧化碳濃度、氧氣濃度、通風(fēng)率以及光合作用速率，構(gòu)建所述氣體交換模型的第一基本數(shù)據(jù)集；
22、基于所述第一基本數(shù)據(jù)集建立描述溫室內(nèi)二氧化碳濃度和氧氣濃度隨時(shí)間變化的動(dòng)力學(xué)氣體交換方程，所述動(dòng)力學(xué)氣體交換方程的表達(dá)式為：
23、
24、
25、式中，為二氧化碳濃度隨時(shí)間的變化率，為氧氣濃度隨時(shí)間的變化率，為溫室內(nèi)總氣體體積，為通風(fēng)率，為光合作用速率，為進(jìn)入溫室的二氧化碳濃度，為進(jìn)入溫室的氧氣濃度，和分別為溫室在t時(shí)刻的二氧化碳濃度和氧氣濃度，為t時(shí)刻作物總光合面積。
26、進(jìn)一步的，所述基于所述數(shù)據(jù)集構(gòu)建氣體交換模型和動(dòng)力學(xué)營養(yǎng)傳輸模型，并輸出所述氣體交換模型和動(dòng)力學(xué)營養(yǎng)傳輸模型的參數(shù)與狀態(tài)，還包括：
27、從所述轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)集中獲取所述動(dòng)力學(xué)營養(yǎng)傳輸模型需要的第二基本參數(shù)，所述第二基本參數(shù)包括營養(yǎng)液流量、營養(yǎng)液中養(yǎng)分濃度、植物根系總面積以及養(yǎng)分吸收率，構(gòu)建第二基本參數(shù)集；
28、基于所述第二基本參數(shù)集建立描述營養(yǎng)液中養(yǎng)分變化的動(dòng)力學(xué)營養(yǎng)傳輸方程，所述動(dòng)力學(xué)營養(yǎng)傳輸方程的表達(dá)式為：
29、
30、式中，為養(yǎng)分濃度隨時(shí)間的變化率，為營養(yǎng)液儲(chǔ)罐的體積，為輸入的營養(yǎng)液養(yǎng)分濃度，為植物根系總面積，為營養(yǎng)液流量，為t時(shí)刻的營養(yǎng)液中養(yǎng)分濃度，為養(yǎng)分吸收速率；
31、通過最小化模型預(yù)測值與實(shí)際監(jiān)測值之間的誤差對(duì)所述氣體交換模型和動(dòng)力學(xué)營養(yǎng)傳輸模型進(jìn)行參數(shù)校準(zhǔn)，并采用交叉驗(yàn)證或留出法將所述第一基本參數(shù)集和第二基本參數(shù)集劃分為訓(xùn)練集和驗(yàn)證集，計(jì)算決定系數(shù)和均方誤差指標(biāo)，以對(duì)所述氣體交換模型和動(dòng)力學(xué)營養(yǎng)傳輸模型進(jìn)行驗(yàn)證，輸出校準(zhǔn)后的模型輸出參數(shù)與狀態(tài)。
32、進(jìn)一步的，所述通過貝葉斯網(wǎng)絡(luò)基于所述氣體交換模型和動(dòng)力學(xué)營養(yǎng)傳輸模型輸出的參數(shù)與狀態(tài)進(jìn)行分析，以預(yù)測未來第一時(shí)間段內(nèi)溫室內(nèi)環(huán)境數(shù)據(jù)的變化趨勢本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.一種基于動(dòng)態(tài)預(yù)測模型的電力需求響應(yīng)調(diào)度方法，其特征在于，所述方法包括：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于動(dòng)態(tài)預(yù)測模型的電力需求響應(yīng)調(diào)度方法，其特征在于，所述實(shí)時(shí)獲取溫室內(nèi)外的環(huán)境數(shù)據(jù)、作物生長需求數(shù)據(jù)以及能源供應(yīng)數(shù)據(jù)，并對(duì)所述環(huán)境數(shù)據(jù)、作物生長需求數(shù)據(jù)以及能源供應(yīng)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，以構(gòu)建數(shù)據(jù)集，包括：
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于動(dòng)態(tài)預(yù)測模型的電力需求響應(yīng)調(diào)度方法，其特征在于，所述實(shí)時(shí)獲取溫室內(nèi)外的環(huán)境數(shù)據(jù)、作物生長需求數(shù)據(jù)以及能源供應(yīng)數(shù)據(jù)，并對(duì)所述環(huán)境數(shù)據(jù)、作物生長需求數(shù)據(jù)以及能源供應(yīng)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，以構(gòu)建數(shù)據(jù)集，還包括：
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于動(dòng)態(tài)預(yù)測模型的電力需求響應(yīng)調(diào)度方法，其特征在于，所述基于所述數(shù)據(jù)集構(gòu)建氣體交換模型和動(dòng)力學(xué)營養(yǎng)傳輸模型，并輸出所述氣體交換模型和動(dòng)力學(xué)營養(yǎng)傳輸模型的參數(shù)與狀態(tài)，包括：
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于動(dòng)態(tài)預(yù)測模型的電力需求響應(yīng)調(diào)度方法，其特征在于，所述基于所述數(shù)據(jù)集構(gòu)建氣體交換模型和動(dòng)力學(xué)營養(yǎng)傳輸模型，并輸出所述氣體交換模型和動(dòng)力學(xué)營養(yǎng)傳輸模型的參數(shù)與狀態(tài)，還包括：
6.根據(jù)權(quán)
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于動(dòng)態(tài)預(yù)測模型的電力需求響應(yīng)調(diào)度方法，其特征在于，所述多目標(biāo)優(yōu)化算法包括優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)和預(yù)定義的約束條件集，所述優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)中包含多個(gè)子目標(biāo)，所述子目標(biāo)包括能源成本最小化、能源利用效率最大化以及環(huán)境穩(wěn)定性保障；
8.一種基于模型預(yù)測的電力需求響應(yīng)系統(tǒng)調(diào)度裝置，其特征在于，所述裝置包括：
9.一種終端，包括處理器及存儲(chǔ)介質(zhì)；其特征在于：
10.計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，其上存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序，其特征在于，該程序被處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1-7任一項(xiàng)所述方法的步驟。
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種基于動(dòng)態(tài)預(yù)測模型的電力需求響應(yīng)調(diào)度方法，其特征在于，所述方法包括：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于動(dòng)態(tài)預(yù)測模型的電力需求響應(yīng)調(diào)度方法，其特征在于，所述實(shí)時(shí)獲取溫室內(nèi)外的環(huán)境數(shù)據(jù)、作物生長需求數(shù)據(jù)以及能源供應(yīng)數(shù)據(jù)，并對(duì)所述環(huán)境數(shù)據(jù)、作物生長需求數(shù)據(jù)以及能源供應(yīng)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，以構(gòu)建數(shù)據(jù)集，包括：
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于動(dòng)態(tài)預(yù)測模型的電力需求響應(yīng)調(diào)度方法，其特征在于，所述實(shí)時(shí)獲取溫室內(nèi)外的環(huán)境數(shù)據(jù)、作物生長需求數(shù)據(jù)以及能源供應(yīng)數(shù)據(jù)，并對(duì)所述環(huán)境數(shù)據(jù)、作物生長需求數(shù)據(jù)以及能源供應(yīng)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，以構(gòu)建數(shù)據(jù)集，還包括：
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于動(dòng)態(tài)預(yù)測模型的電力需求響應(yīng)調(diào)度方法，其特征在于，所述基于所述數(shù)據(jù)集構(gòu)建氣體交換模型和動(dòng)力學(xué)營養(yǎng)傳輸模型，并輸出所述氣體交換模型和動(dòng)力學(xué)營養(yǎng)傳輸模型的參數(shù)與狀態(tài)，包括：
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于動(dòng)態(tài)預(yù)測模型的電力需求響應(yīng)調(diào)度方法，其特征在于，所述基于所述數(shù)據(jù)集構(gòu)建氣體交換...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：李輝，常曉敏，黃政，
申請(專利權(quán))人：南京深度智控科技有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：
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