基于模型预测制的商超冷冻设备节能除霜方法及系统与流程

本发明涉及冷冻设备除霜控制，尤其涉及基于模型预测制的商超冷冻设备节能除霜方法及系统。

背景技术：

1、商超冷冻设备作为冷链末端关键设备，依靠蒸发器强制对流维持低温环境，蒸发器表面结霜会增大换热热阻并阻塞风道，导致制冷效率下降与能耗上升。模型预测制通过建立被控对象动态模型，在有限时域内预测状态演化并滚动求解最优控制量，已在制冷装置控制中展现潜力。现有商超冷冻设备节能除霜方法主要有定时除霜、温度或压力差除霜、模糊控制除霜等，在单一设备本体或负荷稳定场景下取得了一定节能效果。

2、然而，现有方法面对多台冷冻设备并联集中制冷系统时，除霜与恢复制冷过程相互耦合，各设备运行状态动态差异明显，固定时序或阈值规则难以预测并协调多设备状态演化，容易造成压缩机运行安全风险增加，同时设备内温度波动增大，运行能耗升高。

3、因此，亟需研究一种基于模型预测制的商超冷冻设备节能除霜方法，提升除霜安全性与节能效果。

技术实现思路

1、为了克服多设备除霜恢复协调不足的缺点，本发明提供了基于模型预测制的商超冷冻设备节能除霜方法及系统。

2、本发明的技术实施方案为：基于模型预测制的商超冷冻设备节能除霜方法，包括以下步骤：

3、s1：采集多台冷冻设备的工况类型与工况转变幅度，根据热气除霜引起的工况转变幅度确定回气过热度突变的连续性；

4、s2：根据连续性与压缩机容积效率非线性下降临界时长确定压缩机容量非线性崩溃发生，并将回气过热度突变与压缩机容量非线性崩溃确定为因果对；

5、s3：采集多台冷冻设备除霜结束后恢复制冷过程中的调控动作参数与运行状态参数，并确定回气总管压力变化量与第二冷冻设备的蒸发器出口压差变化量，构建第一冷冻设备与第二冷冻设备之间的跨设备传递关系；

6、s4：将调控动作参数划分为明确对应关系调控集与非明确对应关系调控集，对明确对应关系调控集中的调控动作参数依据跨设备传递关系和因果对进行滚动预测调控，对非明确对应关系调控集中的调控动作参数依据安全约束进行调控。

7、优选地，所述采集多台冷冻设备的工况类型与工况转变幅度，包括：

8、所述工况类型是指制冷模式与热气除霜模式；

9、所述工况转变幅度是指参与模式切换的冷冻设备数量与切换前时刻各冷冻设备的热力学状态变化量。

10、优选地，所述根据热气除霜引起的工况转变幅度确定回气过热度突变的连续性，包括：

11、依据回气总管内气态制冷剂与液态制冷剂混合过程的能量守恒关系，基于工况转变幅度所确定的参与切换冷冻设备数量及蒸发器进出口温差计算回气过热度下降速率与回气过热度下降目标值，将回气过热度从初始回气过热度下降至回气过热度下降目标值的过程确定为回气过热度突变；

12、将临界区上限值与回气过热度下降目标值之差除以回气过热度下降速率，得到持续时间并确定为回气过热度突变的连续性。

13、优选地，所述根据连续性与压缩机容积效率非线性下降临界时长确定压缩机容量非线性崩溃发生，并将回气过热度突变与压缩机容量非线性崩溃确定为因果对，包括：

14、当热气除霜引起的回气过热度突变的连续性大于压缩机容积效率非线性下降临界时长时，确定压缩机容量非线性崩溃发生；将热气除霜引起的回气过热度突变与压缩机容量非线性崩溃确定为因果对。

15、优选地，所述采集多台冷冻设备除霜结束后恢复制冷过程中的调控动作参数与运行状态参数，并确定回气总管压力变化量与第二冷冻设备的蒸发器出口压差变化量，包括：

16、运行状态参数为回气总管压力和各个冷冻设备的蒸发器出口压力，并记录各个冷冻设备当前恢复过程所处阶段，恢复过程所处阶段包括闪蒸期与回油期；

17、在多台冷冻设备恢复制冷过程中，将任一发出恢复动作的冷冻设备作为第一冷冻设备，将因回气总管压力变化而导致蒸发器出口压差发生改变的冷冻设备作为第二冷冻设备；

18、由第一冷冻设备的调控动作参数计算回气总管压力变化量；

19、将第二冷冻设备的蒸发器出口压力与回气总管压力之差作为第二冷冻设备蒸发器出口压差；

20、将回气总管压力变化量引起第二冷冻设备蒸发器出口压差的变化量作为第二冷冻设备的蒸发器出口压差变化量。

21、优选地，所述构建第一冷冻设备与第二冷冻设备之间的跨设备传递关系，包括：

22、在第二冷冻设备处于闪蒸期时，计算第二冷冻设备的回气过热度下降速率与回气过热度下降目标值；将第一冷冻设备的调控动作参数经回气总管压力变化量、蒸发器出口压差变化量传递至第二冷冻设备回气过热度下降速率与回气过热度下降目标值的传递映射关系作为闪蒸期跨设备传递关系；

23、在第二冷冻设备处于回油期时，计算第二冷冻设备的回气过热度下降速率与回气过热度下降目标值；将第一冷冻设备的调控动作参数经回气总管压力变化量、蒸发器出口压差变化量传递至第二冷冻设备回气过热度下降速率与回气过热度下降目标值的传递映射关系作为回油期跨设备传递关系。

24、优选地，所述将调控动作参数划分为明确对应关系调控集与非明确对应关系调控集，包括：

25、当调控动作参数引起的第二冷冻设备回气过热度下降速率与回气过热度下降目标值由跨设备传递关系唯一确定时，将调控动作参数划入明确对应关系调控集；

26、当调控动作参数引起的第二冷冻设备回气过热度下降速率与回气过热度下降目标值不由跨设备传递关系唯一确定时，将调控动作参数划入非明确对应关系调控集。

27、优选地，所述对明确对应关系调控集中的调控动作参数依据跨设备传递关系和因果对进行滚动预测调控，包括：

28、对明确对应关系调控集中的调控动作参数，在每一调控周期，利用跨设备传递关系和因果对，计算候选调控动作在未来多个调控周期内引起的第二冷冻设备回气过热度突变的连续性；

29、以所有冷冻设备恢复制冷总能耗最小为目标，以未来多个调控周期内第二冷冻设备回气过热度突变的连续性不超过压缩机容积效率非线性下降临界时长为约束，求解未来多个调控周期内调控动作参数的最优序列；

30、从最优序列中提取当前调控周期对应的最优调控动作参数并执行；

31、进入下一调控周期后重新利用跨设备传递关系和因果对进行预测与优化。

32、优选地，所述对非明确对应关系调控集中的调控动作参数依据安全约束进行调控，包括：

33、对非明确对应关系调控集中的调控动作参数，将第二冷冻设备回气过热度突变的连续性不超过压缩机容积效率非线性下降临界时长作为安全约束，由安全约束反推回气总管压力允许波动上限，使回气总管压力变化量不超过回气总管压力允许波动上限。

34、优选地，基于模型预测制的商超冷冻设备节能除霜系统，包括：

35、工况采集与过热度突变连续性确定模块，用于采集工况类型与工况转变幅度，计算回气过热度下降速率与目标值，确定回气过热度突变连续性；

36、压缩机容量非线性崩溃因果对确定模块，用于根据回气过热度突变连续性与压缩机容积效率非线性下降临界时长确定发生条件并建立因果对；

37、跨设备传递关系构建模块，用于采集恢复制冷参数，确定回气总管压力变化量与第二冷冻设备蒸发器出口压差变化量，构建跨设备传递关系；

38、调控动作参数划分与滚动预测调控模块，用于划分明确对应关系调控集与非明确对应关系调控集，对明确对应关系调控集与非明确对应关系调控集中的调控动作参数进行调控。

39、有益效果：本发明通过采集多台冷冻设备的工况类型与工况转变幅度，依据回气总管内气液混合能量守恒计算回气过热度下降速率与下降目标值，确定回气过热度突变连续性。将连续性与压缩机容积效率非线性下降临界时长比较，建立回气过热度突变与压缩机容量非线性崩溃的因果对。除霜结束后的恢复制冷阶段，通过划分第一冷冻设备与第二冷冻设备并构建跨设备传递关系，将调控动作参数分为明确对应关系调控集与非明确对应关系调控集。明确集采用跨设备传递关系与因果对驱动的滚动预测优化，非明确集施加安全约束并反推回气总管压力允许波动上限，从而协调多设备恢复过程，避免压缩机容量非线性崩溃，降低恢复制冷能耗，提升除霜安全性与节能性。