一种用于二氧化碳系统的压力闭环控制方法与流程

本发明涉及制冷系统，尤其涉及一种用于二氧化碳系统的压力闭环控制方法。

背景技术：

1、跨临界co2制冷系统的运行性能对高压侧压力极为敏感，其最优排气压力随气冷器出口温度和环境温度的变化而漂移，且系统内部压缩机、电子膨胀阀与换热器之间存在复杂的耦合关系。现有控制策略大多基于固定压力阈值或单一温度参数进行调节，难以准确区分不同原因引起的压力升高，例如散热能力下降、阀门开度不足或压缩机群负荷分配不均匀可能导致排气压力超限，但传统方法无法识别异常来源，容易引发误调节或调节滞后。此外，并联压缩机组中各压缩机的负荷分配不均可能导致局部过载，进一步加剧系统超压风险。

2、中国专利公开号：cn121002333a公开了一种co2制冷系统和用于控制co2制冷系统的控制器，包括至少一个输入部、至少一个输出部、存储器和处理器，至少一个输入部配置成从第一温度传感器接收入口空气温度、从第二温度传感器接收出口温度以及从压力传感器接收出口压力，至少一个输出部用于控制阀和风扇。处理器由存储在存储器中的指令配置成通过至少一个输入部从第一温度传感器接收入口空气温度并且在co2制冷系统在跨临界模式下操作时以及在co2制冷系统在亚临界模式下操作时通过至少一个输出部基于入口空气温度来控制阀和风扇；由此可见，所述co2制冷系统和用于控制co2制冷系统的控制器存在以下问题：未将压力趋势、温差趋势与压缩机频率用于异常分析，导致co2系统高压来源难识别且阀门调节滞后的问题。

技术实现思路

1、为此，本发明提供一种用于二氧化碳系统的压力闭环控制方法，用以克服现有技术中未将压力趋势、温差趋势与压缩机频率用于异常分析，导致co2系统高压来源难识别且阀门调节滞后的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供一种用于二氧化碳系统的压力闭环控制方法，包括：

3、采集co2系统高压侧的排气压力、气冷器出口温度和环境温度，获取并联压缩机组中各压缩机的运行频率以及蒸发器出口温度和蒸发压力；

4、根据所述排气压力在滑动时间窗口内的变化趋势，以及所述气冷器出口温度与所述环境温度的温差在滑动时间窗口内的变化趋势，生成热力状态迁移序列；

5、根据所述热力状态迁移序列，结合各压缩机的所述运行频率，识别当前高压异常类型；

6、根据识别出的高压异常类型确定调节对象，并生成对应的控制策略；

7、当所述控制策略包括压缩机增载控制时，根据压缩机容量增加量和当前压力变化趋势生成阀门前馈预开启量，并发送压缩机增载指令的同时向阀门发送预开启指令；

8、根据高压侧压力相对于目标压力区间的偏离情况对阀门开度进行再次调节；

9、根据蒸发器出口温度与蒸发压力对应的饱和温度计算低压侧吸气过热度，根据低压侧吸气过热度相对于目标吸气过热度区间的偏离情况对阀门基础开度和前馈预开启量进行反馈修正；

10、重新生成高压侧热力状态迁移序列，根据调节前后的热力状态迁移序列变化对所述控制策略进行迭代校验，直至高压侧压力与低压侧吸气过热度均处于对应的目标区间。

11、优选地，生成所述热力状态迁移序列，包括：

12、对于每个滑动时间窗口，获取同一采样时刻的气冷器出口温度值与环境温度值之差作为温差值以确定温差变化趋势；

13、根据各采样时刻的排气压力值确定排气压力变化趋势；

14、将同一滑动时间窗口对应的所述排气压力变化趋势与所述温差变化趋势组合为一个热力状态特征点，按时间顺序生成所述热力状态迁移序列。

15、优选地，识别所述当前高压异常类型，包括：

16、将所述热力状态迁移序列中最后一个热力状态特征点确定为当前热力状态特征点，获取其中的排气压力变化趋势和温差变化趋势；

17、当所述排气压力变化趋势为上升时，若所述温差变化趋势为上升，则识别为散热能力不足类型；若所述温差变化趋势为下降，则识别为阀门压力释放不足类型；若所述温差变化趋势为平稳，则获取同一滑动时间窗口内各压缩机的运行频率，若存在运行频率偏离平均运行频率超过预设阈值的压缩机，则识别为压缩机群负荷迁移失衡类型。

18、优选地，根据识别出的所述高压异常类型确定调节对象，并生成对应的控制策略，包括：

19、当所述高压异常类型为散热能力不足时，以气冷器风机或水泵为调节对象，生成提升风机转速或水泵流量的散热控制策略；

20、当所述高压异常类型为阀门压力释放不足时，以电子膨胀阀或高压调节阀为调节对象，生成增大阀门开度的阀控控制策略；

21、当所述高压异常类型为压缩机群负荷迁移失衡时，以并联压缩机组为调节对象，生成调整各压缩机运行频率或运行组合的频率均衡控制策略。

22、优选地，所述频率均衡控制策略还包括：

23、确定运行频率偏离平均运行频率超过预设阈值的压缩机为偏离压缩机，根据所述偏离压缩机的运行频率相对于平均运行频率的偏离方向，生成调节所述偏离压缩机运行频率的指令。

24、优选地，根据压缩机容量增加量和当前压力变化趋势生成阀门前馈预开启量，并发送压缩机增载指令的同时向阀门发送预开启指令，包括：

25、根据所述控制策略中的压缩机增载控制，确定待增载压缩机和对应的频率调节量；

26、其中，所述频率调节量根据所述待增载压缩机的当前运行频率、目标运行频率以及压缩机允许升频速率确定；

27、根据所述频率调节量确定压缩机容量增加量；

28、从当前热力状态特征点中获取排气压力变化趋势，并将所述排气压力变化趋势确定为当前压力变化趋势；

29、根据所述压缩机容量增加量和所述当前压力变化趋势确定阀门前馈预开启量，向阀门发送与所述阀门前馈预开启量对应的预开启指令。

30、优选地，对所述阀门开度进行再次调节，包括：

31、当当前运行频率达到所述压缩机增载指令对应的目标运行频率时，获取当前高压侧压力；

32、其中，当所述当前高压侧压力高于目标压力区间上限时，增大阀门开度；反之，减小阀门开度。

33、优选地，根据蒸发器出口温度与蒸发压力对应的饱和温度计算低压侧吸气过热度，包括：

34、根据所述蒸发压力确定co2制冷剂在该蒸发压力下的饱和温度；

35、将所述蒸发器出口温度与所述饱和温度之差确定为低压侧吸气过热度。

36、优选地，对所述阀门基础开度和前馈预开启量进行反馈修正，包括：

37、当所述低压侧吸气过热度低于所述目标吸气过热度区间的下限时，生成减小阀门基础开度的基础开度修正量，并根据所述基础开度修正量减小前馈预开启量；

38、反之，生成增大阀门基础开度的基础开度修正量，并根据所述基础开度修正量增大前馈预开启量。

39、优选地，所述迭代校验包括：

40、重新生成高压侧热力状态迁移序列并获取最后一个热力状态特征点，若调节后所述热力状态特征点的排气压力变化趋势与温差变化趋势均为平稳状态，且当前高压侧压力与低压侧吸气过热度均处于对应的目标区间，则判定所述控制策略收敛。

41、与现有技术相比，本发明的有益效果在于，本发明通过构建高压侧热力状态迁移序列，准确区分排气压力升高的不同物理成因，根据散热能力不足、阀门压力释放不足和压缩机群负荷迁移失衡三种异常类型分别确定对应的调节对象并生成差异化的控制策略，使风机水泵、阀门和压缩机组各自在其有效调节范围内动作，降低了多执行器之间的耦合干扰；同时，在压缩机增载时同步前馈开启阀门，使阀门开度变化先于压力升高过程，有效削减了压力峰值，而增载完成后的压力闭环再调节和基于低压侧吸气过热度的反馈修正，则使阀门基础开度和前馈预开启量同时受到高压侧压力约束和蒸发器侧供液状态约束，实现了高压防超压与低压防带液的双目标协同。