一种冷水箱制冷工况下频率节能控制方法与流程

本申请涉及制冷系统控制，具体涉及一种冷水箱制冷工况下频率节能控制方法。

背景技术：

1、冷水箱制冷系统广泛应用于工业冷却、商业空调及数据中心散热等场景，其核心功能是通过压缩机的运转驱动制冷剂循环，从而移除热量以维持低温环境。在现有的技术方案中，冷水箱制冷系统的压缩机频率控制通常依赖于固定的温度设定点或简单的比例积分微分（pid）调节逻辑。系统通过采集蒸发器出口温度或冷水箱进水温度作为主要反馈信号，当检测温度高于设定值时提高压缩机运行频率，反之则降低频率或停机。部分现有方案还会结合吸气压力或排气压力等单一参数进行辅助判断，通过预设的线性映射关系来确定压缩机的目标转速，以实现基本的制冷量调节和系统启停管理。

2、但在现有技术中，由于缺乏对系统多维热力学状态的综合评估以及对环境工况变化的动态适应能力，导致压缩机运行频率与实际热负荷的匹配精度不足，难以在复杂多变的变工况条件下始终保持系统在最优能效区间运行，且在进行模式切换或应对极限工况时，系统的稳定性与保护机制的平滑性有待提升。

技术实现思路

1、本申请提供了一种冷水箱制冷工况下频率节能控制方法，可以解决压缩机运行频率与实际热负荷匹配精度低、运行区间划分僵化以及保护机制粗糙导致系统能效低下和运行不稳定的技术问题。

2、为了实现上述目的，本申请提供如下技术方案：

3、本申请提供了一种冷水箱制冷工况下频率节能控制方法，包括以下步骤：

4、s1：实时采集冷水箱制冷系统的运行参数，所述运行参数包括蒸发器出口制冷剂过热度sh、冷凝器出口制冷剂过冷度sc、压缩机吸气压力ps和排气压力pd、冷水箱进水温度t1以及环境温度t2；

5、s2：基于所述运行参数，动态计算系统当前的实际热负荷率η，计算公式为：

6、η=a1(sh/sh1)+b1ln(δp)+c1(sc/sc1)+d1，其中，δp为压缩机压比（pd/ps），sh1为过热度设计基准值，sc1为过冷度设计基准值，a1、b1、c1为权重系数，d1为补偿常数；

7、s3：动态确定运行区间阈值，基于冷水箱进水温度t1和环境温度t2，计算第一阈值q1与第二阈值q2，其中：q1=m1(t1-t2)+n1，q2=m2(t1-t2)^2+n2，m1、n1、m2、n2为与系统容量相关的配置参数；

8、s4：根据所述实际热负荷率η与阈值q1、q2的比较结果，切换至对应的频率控制模式：当η

9、f2=f3[1+λ1(η-η1)^2]，其中，f3为当前工况下的基础频率，η1为预设的能效最优负荷率，λ1为与η相关的动态调节因子；

10、当η>q2时，进入第三控制模式，控制压缩机以额定频率f4运行，并启动排气压力保护控制动作。

11、进一步地，所述第二控制模式中的动态调节因子λ1根据压缩机运行频率f2的历史能效数据进行调整，其调整控制动作为：若在当前目标频率f2下连续运行时间t1内的平均能效比e1低于历史最优能效比e2的p1%，则将λ1减小一个固定步长δλ1；若平均能效比e1高于历史最优能效比e2，则将当前λ1值记录为新的最优系数。

12、进一步地，所述固定步长δλ1的取值根据平均能效比e1与历史最优能效比e2的差值大小进行动态调整，其调整规则为：差值越大，δλ1的取值越大。

13、进一步地，所述步骤s4中的防冻结监测控制动作为：在压缩机以所述最低允许频率f1运行期间，若蒸发器出口温度持续低于设定安全阈值t3超过时间t2，则判定存在冻结风险，控制压缩机停止运行并进入除霜流程，待蒸发器出口温度回升至t3+δt1后，重新计算实际热负荷率η并进入相应的控制模式。

14、进一步地，所述步骤s4中的排气压力保护控制动作为：在压缩机以所述额定频率f4运行期间，实时监测排气压力pd，若pd连续超过第一压力限值p1达到时间t3，则控制压缩机频率以斜率k1线性降低，直至pd低于p1；若pd超过更高的第二压力限值p2，则立即执行压缩机停机保护控制动作。

15、进一步地，所述斜率k1是根据排气压力pd超过第一压力限值p1的幅度δpd进行动态设定，设定关系为k1=k0+σδpd，其中k0为基础斜率，σ为压力影响系数。

16、进一步地，所述最低允许频率f1的确定控制动作为：在系统初始调试时，执行频率扫描，以预设步长从低频开始增加压缩机频率，当检测到吸气过热度sh稳定在[sh2,sh3]范围内且波动小于δ1时的最低频率记为f5，则设定所述最低允许频率f1=f5+f6，其中f6为安全裕量频率。

17、进一步地，在从第一控制模式向第二控制模式切换时，包括频率斜坡启动控制动作：控制压缩机频率从所述最低允许频率f1以第一渐变斜率r1上升至所述第二控制模式计算出的初始目标频率f2值；在从第二控制模式向第三控制模式切换时，控制压缩机频率以第二渐变斜率r2上升至所述额定频率f4，其中r2>r1。

18、本申请提供了一种冷水箱制冷工况下频率节能控制方法，该方案通过实时采集蒸发器出口制冷剂过热度sh、冷凝器出口制冷剂过冷度sc、压缩机吸气压力ps和排气压力pd、冷水箱进水温度t1以及环境温度t2等多维运行参数，构建了能够综合反映系统瞬态热力学状态的感知基础。基于上述运行参数，利用包含过热度比值、压比对数项及过冷度比值的复合公式动态计算实际热负荷率η，使得系统能够突破单一温度指标的局限，精准量化当前的真实负载需求。在此基础上，结合冷水箱进水温度t1和环境温度t2的非线性关系动态生成第一阈值q1与第二阈值q2，从而自适应地划分出低负荷、中负荷及高负荷三个运行区间，避免了固定阈值在不同环境工况下的适用性偏差。

19、进而，根据实际热负荷率η与动态阈值的比较结果，智能切换至对应的频率控制模式：在低负荷区以最低允许频率f1运行并联动防冻结监测，在中负荷区依据非线性映射公式动态计算目标频率f2以逼近能效最优点，在高负荷区以额定频率f4运行并激活排气压力保护。这一系列技术特征的协同作用，使得压缩机输出频率能够实时、精准地跟随系统实际热负荷的变化，有效解决了传统控制策略中频率与负荷匹配精度低、运行区间划分僵化以及保护机制粗糙导致系统能效低下和运行不稳定的问题，显著提升了冷水箱制冷系统在变工况下的综合能效、运行鲁棒性及安全性。

1.一种冷水箱制冷工况下频率节能控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二控制模式中的动态调节因子λ1根据压缩机运行频率f2的历史能效数据进行调整，其调整控制动作为：若在当前目标频率f2下连续运行时间t1内的平均能效比e1低于历史最优能效比e2的p1%，则将λ1减小一个固定步长δλ1；若平均能效比e1高于历史最优能效比e2，则将当前λ1值记录为新的最优系数。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述固定步长δλ1的取值根据平均能效比e1与历史最优能效比e2的差值大小进行动态调整，其调整规则为：差值越大，δλ1的取值越大。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤s4中的防冻结监测控制动作为：在压缩机以所述最低允许频率f1运行期间，若蒸发器出口温度持续低于设定安全阈值t3超过时间t2，则判定存在冻结风险，控制压缩机停止运行并进入除霜流程，待蒸发器出口温度回升至t3+δt1后，重新计算实际热负荷率η并进入相应的控制模式。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤s4中的排气压力保护控制动作为：在压缩机以所述额定频率f4运行期间，实时监测排气压力pd，若pd连续超过第一压力限值p1达到时间t3，则控制压缩机频率以斜率k1线性降低，直至pd低于p1；若pd超过更高的第二压力限值p2，则立即执行压缩机停机保护控制动作。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述斜率k1是根据排气压力pd超过第一压力限值p1的幅度δpd进行动态设定，设定关系为k1=k0+σδpd，其中k0为基础斜率，σ为压力影响系数。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述最低允许频率f1的确定控制动作为：在系统初始调试时，执行频率扫描，以预设步长从低频开始增加压缩机频率，当检测到吸气过热度sh稳定在[sh2,sh3]范围内且波动小于δ1时的最低频率记为f5，则设定所述最低允许频率f1=f5+f6，其中f6为安全裕量频率。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在从第一控制模式向第二控制模式切换时，包括频率斜坡启动控制动作：控制压缩机频率从所述最低允许频率f1以第一渐变斜率r1上升至所述第二控制模式计算出的初始目标频率f2值；在从第二控制模式向第三控制模式切换时，控制压缩机频率以第二渐变斜率r2上升至所述额定频率f4，其中r2>r1。