基于负荷动态预判的空调多机组智能群控节能系统的制作方法

本发明涉及一种基于负荷动态预判的空调多机组智能群控节能系统，属于空气调节。

背景技术：

1、大型集中式空气调节系统通常配置多台并联运行的冷水机组和变频水泵，系统通过检测冷冻水供回水总管温差及冷水循环流量，并结合单台机组的额定容量判断需要投入运行的机组台数，再调节压缩机频率和水泵转速，以适应建筑冷负荷的变化，由于冷冻水配水管网和建筑围护结构都具有较明显的热惰性，而且冷水在管网中的输送需要一定时间，当末端负荷发生变化时，回水温度的变化未能及时传递至冷水机组蒸发器，常见的回水温度反馈控制存在一定滞后，往往要等负荷峰值持续一段时间后才调节机组出力，容易使机组在不利工况下超负荷或过频运行，造成蒸发温度下降和能效降低。

2、为减小这种控制滞后，部分现有技术采用负荷预测算法提前给出前馈指令，但这类预测计算如果没有结合水系统的实际运行条件，容易忽略建筑以及管网中冷水对负荷变化的缓冲作用，在负荷波动时可能造成机组频繁启停，另外，常规控制通常将管网输配延迟设为固定值，同时没有考虑冷水流量变化对机组性能系数的影响，在变流量工况下，随着循环流量减小，冷水在主管路中的实际驻留时间会按反比关系延长，如果仍按固定时滞折算管网蓄放冷量，就会使前馈计算与实际水系统响应出现相位偏差，与此同时，单台机组在小流量下运行时，蒸发器水侧流速降低，管壁传热热阻增大，使制冷剂蒸发饱和温度下降，导致压缩温升增大，机组能效降低。

3、因此，如何克服配水管网流动驻留时间随流量变化所造成的前馈补偿失调，消除并联机组分流造成的蒸发器传热恶化，实现制冷与冷水输配的协同节能，成为本发明所要解决的技术问题。

技术实现思路

1、为解决背景技术中的问题，本发明的技术方案如下：一种基于负荷动态预判的空调多机组智能群控节能系统，包括：

2、多维工况采集模块，用于获取建筑温湿度、室外气象参数、冷水供回水温度、冷水循环流量与并联冷水机组运行参数；

3、负荷扰动感知与焓湿解耦模块，与多维工况采集模块连接，用于将建筑末端冷负荷解耦为换气对流显热负荷、迟滞辐射传热负荷与产湿潜热负荷；

4、水力与围护结构蓄放热动态辨识模块，与多维工况采集模块连接，用于以管网存水容积与冷水循环流量之比确定水力流动驻留时间，以水力流动驻留时间作为动态时域长度计算管网存水瞬态蓄放冷速率；

5、有效前馈需冷量生成模块，用于合成空间热扰动预测总量并扣除管网存水瞬态蓄放冷速率，生成驱动冷水机组运行的有效前馈需冷量；

6、机组台效与热力学边界仲裁模块，用于依据机组分配水量叠加蒸发管束水侧传热衰减温降以重构动态等效传热温升，修正机组性能曲线，解算最优启停台数组合与目标负荷分配比率；

7、冷量输配协同调控模块，用于依据最优启停台数组合启闭冷水机组，将目标水流量与支路截面积比值最高的最不利换热支路的冷冻水调节阀开度维持全开，依据目标负荷分配比率调节其余冷冻水调节阀开度、压缩机工作频率与水泵转速。

8、优选的，水力与围护结构蓄放热动态辨识模块中，管网存水瞬态蓄放冷速率依据管网存水热容、实测回水温度与目标回水温度的温差以及水力流动驻留时间计算；当冷水循环流量降低时，水力流动驻留时间随管网流速变缓而延长，拉长蓄放冷折算时域；当冷水循环流量增加时，水力流动驻留时间随管网流速加快而缩短，压缩蓄放冷折算时域，使需冷量与水流输配相位对齐。

9、优选的，冷量输配协同调控模块控制各冷冻水调节阀时，在运冷水机组中除最不利换热支路之外的其余冷冻水调节阀开度，依据与最不利换热支路的流量分配比例调节至对应的开度状态，消除支路间的流量分配偏差；冷量输配协同调控模块依据最不利末端分集水器压差调节水泵转速，将水泵工作扬程维持在供给最不利换热支路所需动压，使冷水输配水阻匹配管网自然阻力曲线。

10、优选的，负荷扰动感知与焓湿解耦模块计算换气对流显热负荷时，依据设定控制刷新周期内空调分区的室内空气实测比焓与设定目标工况比焓的差值，结合空调分区的空间有效空气质量，折算室内空气热平衡所需冷量，获得换气对流显热负荷；产湿潜热负荷由引入新风的通风潜热量与室内人员产湿散热量之和确定。

11、优选的，水力与围护结构蓄放热动态辨识模块接收多维工况采集模块采集的室外太阳总辐射照度、室外干球温度与室外风速，计算各外围护结构表面的室外空气综合温度，依据各外围护构件传热面积、蓄热衰减因子以及蓄热传输时滞常数重构迟滞辐射传热负荷；有效前馈需冷量生成模块将换气对流显热负荷、产湿潜热负荷以及时序重构后的迟滞辐射传热负荷累加作为空间热扰动预测总量，并在当前实测回水温度低于目标回水基准温度时，自空间热扰动预测总量中叠加管网存水瞬态蓄放冷速率以抵扣富余冷量，输出有效前馈需冷量。

12、优选的，机组台效与热力学边界仲裁模块内嵌启闭状态切换的时间死区阈值与冷量差额迟滞比较区间，设定单台冷水机组最小连续运行时间门限与最小停机保护时间门限；当有效前馈需冷量超出当前在运冷水机组额定容量总和的105%且持续时间超过增机延时门限时，生成加机指令；当有效前馈需冷量低于当前在运冷水机组扣除单台容量后的总负荷边界的90%且持续时间超过减机延时门限时，生成减机指令。

13、优选的，冷量输配协同调控模块在停机减台时，控制目标停运机组的压缩机降频卸载至最低运行频率，保持该机组冷冻水调节阀开启；待压缩机电气断开且制冷剂高低压差平衡后，延时关闭该机组冷冻水调节阀，隔断冷水从停机机组旁通；在加台开机时，先开启目标启动机组对应的冷冻水调节阀，检测流经该机组蒸发器的水流量超过单机最低安全水流量阈值后，触发该机组压缩机启动升速，防止蒸发器在低流速工况下结冰。

14、优选的，冷量输配协同调控模块内置末端压差与进出水温差双闭环保护逻辑；当最不利末端分集水器压差实测值低于预设压差安全下限时，冷量输配协同调控模块脱离冷量跟踪模式，切换为恒压差控制模式调节水泵转速；当在运冷水机组蒸发器进出水温差持续低于预设温差阈值时，在维持最不利末端分集水器压差不低于安全下限的约束条件下，机组台效与热力学边界仲裁模块梯次上调冷冻水供水设定温度，使末端换热支路关小以拉大进出水温差。

15、优选的，多维工况采集模块通过工业现场通信链路连接受控建筑各空调分区的温湿度传感节点、外立面的气象探测节点、冷水管网的供回水温度与流量检测节点，以及各冷水机组的状态采集节点；机组台效与热力学边界仲裁模块与冷量输配协同调控模块通过隔离通信接口分别连接各冷水机组控制器、水泵调速驱动器以及各冷冻水调节阀驱动单元，将机组启闭指令、工作频率信号与阀位开度信号输出至对应的冷水机组、水泵与冷冻水调节阀；各冷水机组的蒸发器进水管路与出水管路均分别对称设置承压式浸入温度检测节点，接入多维工况采集模块。

16、相比于现有技术，本发明的有益效果是：

17、1、在基于负荷动态预判的空调多机组智能群控节能中，通过负荷扰动感知与焓湿解耦模块、水力与围护结构蓄放热动态辨识模块以及有效前馈需冷量生成模块的配合，能够根据冷水循环流量的实际变化调整管网存水蓄放冷量的计算时域，使负荷变化与冷水在管网中的实际输送过程更加匹配，循环流量变化时，不再采用固定的输配延迟进行折算，从而减小水流速度变化造成的需冷量计算偏差，避免前馈需冷量出现明显超调，并减少由此引起的冷水机组频繁启停，使机组群控对建筑冷负荷变化的响应更加平稳。

18、2、机组台效与热力学边界仲裁模块考虑冷水流量降低后蒸发器水侧传热能力下降对机组性能的影响，使部分负荷和变流量工况下的机组运行效率能够得到更符合实际的判断，由此可以避免将冷量平均分配给多台低负荷机组而使各机组长期处于小流量、低效率运行状态，在负荷较低或接近机组切换边界时更合理地确定在运机组数量，使在运冷水机组保持较好的水侧换热条件，减轻低流速造成的传热恶化和能效下降。

19、3、冷水机组支路的冷冻水调节阀与冷水循环水泵协同调节，使最不利换热支路能够保持较小的节流阻力，其余支路按照实际流量需求进行调节，同时使水泵提供的扬程与最不利末端的实际需要相匹配，这样能够减少多台支路调节阀同时节流产生的附加阻力，避免水泵长期提供过高扬程，在保证各支路正常供水的同时降低冷水输配过程中的水泵能耗，并减小并联支路之间的流量相互干扰，使管网运行更加稳定。