一种蒸发式冷凝冷水机组自适应负荷调节与节能控制方法与流程

本发明涉及冷水机组节能控制，具体涉及一种蒸发式冷凝冷水机组自适应负荷调节与节能控制方法。

背景技术：

1、蒸发式冷凝冷水机组通过空气流动与喷淋水蒸发强化冷凝换热，通常配置压缩机、冷凝风机、喷淋循环泵及相应检测控制部件。现有节能控制方式一般根据冷凝压力、冷冻水温度、机组负荷或实时能效等参数，调节冷凝风机转速、喷淋水流量等，并根据调节前后的功率或能效变化判断调节效果。在负荷及环境条件相对稳定时，该方式能够一定程度改善机组运行效率。

2、然而，实际运行中末端冷负荷、环境湿球温度及空气湿度持续变化，并同步影响压缩机负荷、冷凝排热需求及蒸发式冷凝器换热状态，现有技术还存在以下问题：

3、1.能耗变化来源难以区分。控制动作实施期间，冷负荷及环境换热条件可能同步变化，使实际综合能耗变化同时包含控制动作和工况扰动产生的影响。

4、2.控制动作的实际节能贡献难以准确辨识。负荷下降或环境条件改善可能造成综合能耗自然降低，若直接比较控制前后的功率或能效，容易将工况变化造成的能耗降低误判为控制动作产生的节能效果。

5、3.节能贡献判断偏差进一步影响调节方向。当控制动作的节能效果被错误判断后，可能继续扩大无效调节或者过早改变有效调节方向，造成风机和喷淋参数反复调整，难以稳定趋近低综合能耗运行区域。

6、4.原有节能运行点难以适应工况变化。当冷负荷或环境换热条件明显改变后，原工况下确定的节能评价基准及运行参数可能不再适用，影响动态工况下节能控制的稳定性和适应性。

7、鉴于此，本发明提供一种蒸发式冷凝冷水机组自适应负荷调节与节能控制方法，以解决上述问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种蒸发式冷凝冷水机组自适应负荷调节与节能控制方法，解决动态负荷及环境变化干扰机组能耗评价，导致控制动作节能贡献难以准确辨识、调节方向易误判及低能耗运行点难以稳定追踪的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：本发明提供一种蒸发式冷凝冷水机组自适应负荷调节与节能控制方法，包括以下步骤：

3、获取蒸发式冷凝冷水机组的冷负荷状态、环境换热状态及机组运行状态，在控制参数保持不变且所述冷负荷状态和环境换热状态满足稳定条件时建立工况参照状态，并确定参照综合能耗；

4、按照当前控制参数调整冷凝风机运行参数和喷淋运行参数中的至少一项，获取控制动作后的冷负荷状态、环境换热状态、机组运行状态及实际综合能耗；

5、根据控制动作前后的冷负荷状态变化和环境换热状态变化确定工况扰动量，将所述工况扰动量输入工况参照状态对应的响应关系，确定在控制参数保持不变条件下由所述工况扰动量引起的基准能耗变化量；

6、确定所述实际综合能耗相对于参照综合能耗的实际能耗变化量，从所述实际能耗变化量中扣除所述基准能耗变化量，得到当前控制动作对应的净能耗响应，并根据所述净能耗响应确定当前控制动作的节能贡献；

7、根据冷凝风机运行参数和喷淋运行参数对应的节能贡献确定调节对象、调节方向及调节步长，生成候选运行点，并对所述候选运行点进行机组运行约束校验；

8、在满足所述机组运行约束的候选运行点之间，根据连续控制动作对应的节能贡献调整调节方向和调节步长，直至满足预设收敛条件，将满足所述机组运行约束且综合能耗最低的候选运行点确定为当前低综合能耗运行点，并控制蒸发式冷凝冷水机组按照所述当前低综合能耗运行点运行。

9、进一步地，所述冷负荷状态根据冷冻水供水温度、冷冻水回水温度及冷冻水流量确定；所述环境换热状态包括环境干球温度、环境湿球温度和环境相对湿度中的至少两项；所述机组运行状态包括压缩机运行功率、冷凝风机运行功率、喷淋循环泵运行功率、冷凝压力、蒸发压力及冷凝侧温度中的至少两项；根据冷冻水流量以及冷冻水供水温度与冷冻水回水温度之间的温差确定当前冷负荷量。

10、进一步地，建立所述工况参照状态包括：

11、在冷凝风机运行参数和喷淋运行参数保持不变的观察时间段内，连续获取冷负荷状态、环境换热状态及机组运行状态；

12、当冷负荷状态和环境换热状态的变化分别处于对应稳定范围时，根据所述观察时间段内的冷负荷状态和环境换热状态确定工况参照状态，并根据压缩机能耗、冷凝风机能耗和喷淋循环泵能耗确定与所述工况参照状态对应的参照综合能耗。

13、进一步地，根据当前冷负荷量相对于所述工况参照状态对应冷负荷量的变化确定负荷扰动分量，根据环境湿球温度及环境相对湿度相对于所述工况参照状态的变化确定环境换热扰动分量，并根据所述负荷扰动分量和环境换热扰动分量形成工况扰动量；所述响应关系用于表征控制参数保持不变时冷负荷状态及环境换热状态的变化与综合能耗变化之间的对应关系，将所述工况扰动量输入所述响应关系，得到所述基准能耗变化量。

14、进一步地，将控制动作后的实际综合能耗与参照综合能耗之差确定为实际能耗变化量：；

15、将所述基准能耗变化量记为，按照下式确定当前控制动作对应的净能耗响应：；

16、根据所述净能耗响应的方向及幅度确定当前控制动作使综合能耗相对于工况扰动对应基准能耗增加或降低的程度，并据此确定当前控制动作的节能贡献。

17、进一步地，分别改变冷凝风机运行参数和喷淋运行参数中的一项并保持另一项不变，分别获得对应控制动作的净能耗响应，根据各净能耗响应与对应运行参数调节量确定冷凝风机和喷淋循环泵在当前工况下的单位调节节能贡献；

18、比较所述单位调节节能贡献，优先调节单位调节节能贡献较大的运行参数，并在该运行参数对应的单位调节节能贡献降低至预设切换条件时切换调节对象。

19、进一步地，当沿当前调节方向实施控制动作后得到的净能耗响应表明综合能耗降低时，保持当前调节方向；

20、当所述净能耗响应表明综合能耗未降低时，改变当前调节方向或者减小调节步长，并根据连续至少两个控制动作对应的净能耗响应变化确定下一控制周期的调节方向和调节步长；

21、所述冷凝风机运行参数包括风机运行频率、风机运行台数或风机风量中的至少一种，所述喷淋运行参数包括喷淋循环泵运行频率、喷淋循环泵运行台数、喷淋水流量或喷淋间隔周期中的至少一种。

22、进一步地，所述机组运行约束至少包括冷冻水供水温度约束、冷凝压力约束、压缩机压缩比约束及蒸发式冷凝器换热状态约束；

23、当候选运行点对应的任一机组运行状态不满足相应机组运行约束时，取消该候选运行点，恢复至前一满足机组运行约束的候选运行点，并改变对应运行参数的调节方向或者减小调节步长后重新生成候选运行点。

24、进一步地，在连续生成满足机组运行约束的候选运行点过程中，当沿当前调节方向继续调节对应的节能贡献逐渐降低时减小调节步长；

25、当连续候选运行点之间的综合能耗差值小于预设能耗变化阈值且调节步长达到预设最小范围时，判定满足所述预设收敛条件，并将满足机组运行约束且综合能耗最低的候选运行点确定为所述当前低综合能耗运行点。

26、进一步地，在按照所述当前低综合能耗运行点运行期间持续获取冷负荷状态和环境换热状态，当冷负荷状态或者环境换热状态相对于确定当前低综合能耗运行点时的对应状态变化超过工况重建条件时，停止沿用当前工况参照状态，重新建立工况参照状态并重新执行节能调节；

27、所述工况重建条件包括环境湿球温度在预设观察窗口内的变化量超过预设温度阈值、冷负荷在预设观察窗口内的变化率超过预设负荷阈值以及实际能耗变化量与基准能耗变化量之间的偏差持续超过预设容忍范围中的至少一项。

28、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

29、本发明通过在冷负荷状态和环境换热状态相对稳定时建立工况参照状态，使控制动作具有统一的能耗比较基准；通过识别控制动作期间的冷负荷变化和环境换热条件变化，并确定由该工况扰动预计引起的基准能耗变化量，使实际能耗变化中由外部工况变化造成的影响能够被分离，从而避免将负荷下降或环境换热条件改善造成的能耗降低误判为冷凝风机或喷淋调节产生的节能效果；在此基础上，根据净能耗响应确定控制动作的实际节能贡献，使冷凝风机与喷淋循环泵的调节对象、调节方向及调节步长能够依据真实节能效果进行自适应调整，并通过运行约束校验和收敛判断确定当前工况对应的低综合能耗运行点；当冷负荷或环境换热条件发生明显变化时重新建立工况参照状态并执行节能寻优，因而能够降低动态工况对节能调节方向判断的干扰，提高机组在变负荷、变环境条件下节能控制的准确性、稳定性及工况适应能力。