一种磁悬浮离心热泵压缩机变负荷自适应控制方法及系统与流程

本发明涉及压缩机控制，特别涉及一种磁悬浮离心热泵压缩机变负荷自适应控制方法及系统。

背景技术：

1、磁悬浮离心热泵压缩机是将磁悬浮轴承技术和高速电机技术融入传统压缩机而形成的新型压缩机，具有无油、无摩擦、运行费用低等优点，广泛应用于制药、纺织、玻璃等行业。在磁悬浮离心热泵压缩机的运行控制过程中，变负荷（增载、减载）控制是决定机组能否在全工况范围内安全、高效、快速响应负荷调控要求的核心控制环节。

2、现有的磁悬浮离心热泵压缩机的变负荷控制多采用固定速率的控制方式。磁悬浮离心压缩机在变负荷控制过程中需要在压比-流量性能图上从一个运行点移动到另一个运行点，无论当前运行点距离喘振边界（喘振线、堵塞线）有多远，增载、减载过程均采用预设的固定速率完成运行工况的切换。

3、然而，在磁悬浮离心热泵压缩机的变负荷控制过程中，当运行点靠近喘振边界时，固定速率的增载过程会直接冲过安全裕度而触发喘振，当运行点远离喘振边界时，固定速率的增载会不必要的延长响应时间，其增载过程无法针对运行点与喘振边界距离的变化进行自适应调节；另外，由于压缩机转速突降时出口压力快速下降，止回阀两侧的压差反转导致阀板回弹，固定速率的减载未将止回阀临界回弹速率作为约束，减载速率过快容易使止回阀回弹产生剧烈的周期性金属撞击，而使机组运行不稳定，其减载过程未考虑止回阀动力学特性。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明提供了一种磁悬浮离心热泵压缩机变负荷自适应控制方法及系统，用于解决现有磁悬浮离心热泵压缩机变负荷控制技术在增载过程无法针对运行点与喘振边界距离的变化进行自适应调节、以及减载过程未考虑止回阀动力学特性的问题。

2、本发明采用的技术手段如下：

3、第一方面，本发明提供了一种磁悬浮离心热泵压缩机变负荷自适应控制方法，包括：

4、构建离线标定的动态有效喘振裕度查找表、最优变速率轨迹查找表和入口导叶-转速路径查找表；

5、在每个控制周期中，获取磁悬浮离心热泵压缩机的当前运行状态参数；

6、基于目标负荷及当前负荷，确定变负荷方向；

7、基于所述当前运行状态参数，在所述动态有效喘振裕度查找表中查询获取当前运行点与喘振边界的动态有效喘振裕度；

8、若所述变负荷方向为增载方向，以当前工况点、目标负荷和所述动态有效喘振裕度为索引，查询所述最优变速率轨迹查找表并插值，得到当前控制周期的最优变速率设定值；以双维度接近度判定结果为索引，查询所述入口导叶-转速路径查找表，得到入口导叶-转速调节时序；基于所述最优变速率设定值和所述入口导叶-转速调节时序，将所述磁悬浮离心热泵压缩机的当前负荷增载至目标负荷；

9、若所述变负荷方向为减载方向，以止回阀临界回弹速率作为约束，采用分段降速策略将所述磁悬浮离心热泵压缩机的当前负荷减载至目标负荷。

10、进一步地，根据所述动态有效喘振裕度所处工况区间，确定最优变速率设定值；

11、所述工况区间包括自由工况区间、缓冲工况区间和安全工况区间；

12、若当前动态有效喘振裕度处于自由工况区间，所述最优变速率设定值为最大允许速率；

13、若当前动态有效喘振裕度处于缓冲工况区间，所述最优变速率设定值随动态有效喘振裕度减小单调衰减；

14、若当前动态有效喘振裕度处于安全工况区间，所述最优变速率设定值为最小允许速率。

15、进一步地，所述动态有效喘振裕度查找表的索引维度包括静态喘振裕度区间、冷凝温度区间、变负荷方向和系统热惯性等级。

16、进一步地，基于所述当前运行状态参数，在所述动态有效喘振裕度查找表中查询获取当前运行点与喘振边界的动态有效喘振裕度，包括：

17、基于当前质量流量，以及根据当前转速和入口导叶开度对照喘振线确定的喘振流量，计算静态喘振裕度；

18、以静态喘振裕度所处区间、当前冷凝温度区间、当前变负荷方向和系统热惯性等级为索引，查询动态有效喘振裕度查找表并在相邻索引点间插值，得到动态有效喘振裕度。

19、进一步地，基于目标负荷及当前负荷，确定变负荷方向，包括：

20、若目标负荷大于当前负荷，则变负荷方向为增载方向；

21、若目标负荷小于当前负荷，则变负荷方向为减载方向；

22、若目标负荷与当前负荷的差值位于死区范围内，则稳态保持。

23、进一步地，所述双维度接近度判定结果为运行点与喘振边界的接近方向，所述接近方向基于压头裕度和流量裕度确定。

24、进一步地，所述压头裕度为当前压头与喘振线对应压头的相对偏差，所述流量裕度为当前流量与喘振线对应流量的相对偏差；

25、若所述压头裕度与所述流量裕度均小于预设接近度阈值，则判定为综合接近；

26、否则，若所述压头裕度小于所述流量裕度，且所述压头裕度小于预设接近度阈值，则判定在压头维度方向接近喘振边界；

27、否则，若所述流量裕度小于所述压头裕度，且所述流量裕度小于预设接近度阈值，则判定在流量维度方向接近喘振边界。

28、进一步地，在每个轨迹点上，采用显式模型预测控制进行防喘振与负荷匹配的稳态优化；

29、所述显式模型预测控制为：将防喘振与负荷匹配的稳态优化问题离线求解为分段仿射显式控制律，并存储为显式控制律查找表，在线判定当前工况所属临界区后查找所述显式控制律查找表，以得到最优控制量。

30、进一步地，所述分段降速策略为：

31、在第一时间段内，以第一速率将磁悬浮离心热泵压缩机的当前转速降低至第一转速；

32、在第二时间段内，保持所述第一转速；

33、在第三时间段内，以第二速率将所述第一转速降低至目标转速；

34、所述第一速率的绝对值大于所述第二速率的绝对值。

35、第二方面，本发明提供了一种磁悬浮离心热泵压缩机变负荷自适应控制系统，包括：

36、离线标定模块，配置为构建离线标定的动态有效喘振裕度查找表、最优变速率轨迹查找表和入口导叶-转速路径查找表；

37、参数获取模块，配置为在每个控制周期中，获取磁悬浮离心热泵压缩机的当前运行状态参数；

38、变负荷方向确定模块，配置为基于目标负荷及当前负荷，确定变负荷方向；

39、动态有效喘振裕度计算模块，配置为基于所述当前运行状态参数，在所述动态有效喘振裕度查找表中查询获取当前运行点与喘振边界的动态有效喘振裕度；

40、增载调节模块，配置为若所述变负荷方向为增载方向，以当前工况点、目标负荷和所述动态有效喘振裕度为索引，查询所述最优变速率轨迹查找表并插值，得到当前控制周期的最优变速率设定值；以双维度接近度判定结果为索引，查询所述入口导叶-转速路径查找表，得到入口导叶-转速调节时序；基于所述最优变速率设定值和所述入口导叶-转速调节时序，将所述磁悬浮离心热泵压缩机的当前负荷增载至目标负荷；

41、减载调节模块，配置为若所述变负荷方向为减载方向，以止回阀临界回弹速率作为约束，采用分段降速策略将所述磁悬浮离心热泵压缩机的当前负荷减载至目标负荷。

42、与现有技术相比，本发明具有以下优点：

43、本发明通过离线标定多类查找表，在每个控制周期中通过机组运行状态参数获取动态有效喘振裕度，在增载时结合查表插值得到最优变速率设定值并匹配导叶-转速调节时序，可随运行点相对喘振边界的裕度变化自适应调节负荷变化速率；在减载时以止回阀临界回弹速率作为约束进行分段降速，能够抑制喘振风险，同时规避止回阀回弹冲击，提升磁悬浮离心热泵压缩机变负荷全过程运行稳定性。