一种基于最优工作点的电力系统机房温控协调控制方法与流程

1.本发明属于温度控制技术，尤其涉及一种基于最优工作点的电力系统机房温控协调控制方法。


背景技术：

2.环控系统的高能耗问题也受到了越来越多的关注。相关工作采用二次模型对冷机系统进行了优化控制研究，采用nelder
‑
mead方法进行寻优。优化后系统的能耗降低了3％，但作者没有考虑冷机的启停状态，也未考虑冷凝温度对系统总能耗的影响。相关工作采用新风混风技术、变频调速技术、湿膜加湿技术等的新型新风处理方式对节能技术进行了研究。相关工作通过研究提出了采用全热回收系统、加大新风或全新风供冷及新风机变频变速控制等技术手段进行节能的方法。相关工作通过分析空调水系统的运行工艺过程和各环节设备的能耗特点，提出对中央空调水系统的工作设定点进行在线优化。但是这类成果基本没有考虑风系统与水系统的联运关系，对于系统的特性分析也较少涉及。针对水系统与风系统等节能控制，相关工作针对中央空调管路系统，提出了相应的解决方案。针对空调水系统的节能，相关工作以空调冷冻水系统最不利末端用户两端的压差作为二次泵变频控制的控制信号，对其节能进行研究，取得了一定的效果；相关工作从参数优化的角度出发提出了基于遗传算法的中央空调冷却水系统运行参数优化方法。针对变风量中央空调系统，相关工作提出了模糊神经网络预测控制策略，这一类研究成果的一个共同特点是难以使系统具有良好的动态性能和稳态性能。环境控制系统中，空调风系统与水系统是一对耦合系统，它们的良好匹配是实现节能的重要保障；研究行之有效的风系统与水系统协调控制技术是实现节能降耗的有效手段。
3.通常，空气处理系统由送风系统、回风系统、热交换器三部分构成(见图1)。首先新风与回风热交换形成混风，混风通过热交换器降低温度后，从送风管道进入目标区域进行热交换，最后通过回风机排出室外(部分回风与新风混合参与下一次循环)。
4.通常，流过空气处理机组热交换器中的冷冻水供水温度相对恒定。相关研究成果表明，在热交换器前端的空气焓值一定的情况下，冷冻水的流量和送风风量决定空气处理机组经热交换后输出的冷负荷。
5.从附图1可以发现：在区域[1]中，固定空气处理机组的送风量，增大冷冻水流量所获得的冷负荷增量不明显，无法满足更大的冷负荷需求却导致冷冻水泵运载能耗的无谓消耗。在区域[3中，在冷冻水流量相对恒定的情况下，增大送风量所获得的冷负荷增量不明显，无法满足更大的冷负荷需求却导致送回风机能耗的无谓消耗。在区域[2]中，固定送回风机送风量或者冷冻水流量，增大另一方的负载，能够获得较大的冷负荷增量，有利于满足更大的冷负荷需求。这些现象表明：1)在降低送风量时(送回风机能耗变小)保持冷负荷输出不变，则需要增大冷冻水流量(冷冻水泵能耗升高)，当冷冻水流量达到额定流量的70％左右时，无法通过增大冷冻水流量而实现保持冷负荷输出，从而引起冷水泵对能源的浪费；在降低冷冻水泵的水流量时，送回风机也有类似的能源消耗情况；2)送回风机与冷冻水泵
的负荷相匹配时会降低系统的能耗。
[0006]
现有技术的研究成果的一个共同特点是难以使系统具有良好的动态性能和稳态性能。环境控制系统中，空调风系统与水系统是一对耦合系统，它们的良好匹配是实现节能的重要保障；研究行之有效的风系统与水系统协调控制技术是实现节能降耗的有效手段。


技术实现要素：

[0007]
本发明要解决的技术问题：提供一种基于最优工作点的电力系统机房温控协调控制方法，以解决现有技术难以使空调风系统与水系统具有良好的动态性能和稳态性能等技术问题。
[0008]
本发明技术方案：
[0009]
一种基于最优工作点的电力系统机房温控协调控制方法，它包括：
[0010]
步骤1、将系统每个焓值对应的最优工作点下的风机频率、冷冻水阀开度及负荷参数存入数据库；
[0011]
步骤2、系统预处理结束后计算热交换器前端的空气焓值；
[0012]
步骤3、计算末端负荷；
[0013]
步骤4、根据步骤2和步骤3的计算结果查询数据库并提取最优系统运行参数；
[0014]
步骤5、更新最优运行参数。
[0015]
步骤2所述计算热交换器前端的空气焓值的方法为：在热交换器前端安装温度传感器t和湿度传感器d，记tr、dr分别为热交换器前端的空气温度与湿度，则热交换器前端的空气焓值hr为：
[0016]
hr＝1.01tr dr(2500 1.84tr)。
[0017]
步骤3所述计算末端负荷的方法为：设q表示通过热交换器的冷冻水流量，
△
t表示通过热交换器的冷冻水出、入口温差，则末端负荷p的计算公式为：
[0018]
p＝q
×△
t。
[0019]
△
t通过检测并采集冷冻水出、入口温度而确定；流量q直接在空气处理机组热交换器的冷冻水管上安装流量传感器进行采集。
[0020]
步骤4所述根据计算结果查询数据库并提取最优系统运行参数的方法包括：
[0021]
步骤4.1、在焓值不变的情况下，得到不同的负荷与之对应的最优工作点，建立每一个焓值对应的最优工作曲线；
[0022]
步骤4.2、当系统当前的焓值与负荷确定后，通过焓值h与负荷p查询最优工作曲线找到对应的最优运行参数。
[0023]
步骤5所述更新最优运行参数的方法为：系统开机后首先进入预处理工作状态，系统在最高频率和最大阀门开度下预运行，预处理结束后,计算焓值及负荷，根据计算结果查询数据库并提取最优系统运行参数；如果存在最优运行参数，则系统进入最佳工作点运行。
[0024]
它还包括：如果不存在最优运行参数时，系统进行下述操作：
[0025]
步骤5.1、通过单参量独立控制送风机、回排风机和冷冻水阀，待满足系统控制要求后执行步骤5.2；
[0026]
步骤5.2、通过自动寻优过程来确定或从新定位系统能耗最低的工作点；
[0027]
步骤5.3、若寻找到相同环境条件下比历史数据库中更节能的工作点，则自动更新
相应数据，否则直接将数据写入数据库。
[0028]
系统能耗最低的工作点的获得方法为：对于送风机和回排风机的独立控制，首先根据回风温度的变化自动调节送风机的运行频率，使送风机转速跟随负荷变化而变化；回排风机的控制与空气处理机组的送风机同步，转速跟随送风机的转速同步变化，使回风温度始终保持稳定。
[0029]
本发明的有益效果：
[0030]
本发明利用送回风机与冷冻水泵运行频率对冷负荷量的影响，由图1与图2可知，在降低送风量时(送回风机能耗变小)保持冷负荷输出不变，控制冷冻水流量(冷冻水泵能耗升高)小于额定流量的70％时，实现保持冷负荷输出，避免冷水泵对能源的浪费。根据图1热交换器前端的空气焓值恒定时送风量、水流量与冷负荷的关系可知，固定送回风机送风量或者冷冻水流量，增大另一方的负载，能够获得较大的冷负荷增量，进而满足更大的冷负荷需求。
[0031]
本发明将每个焓值对应的最优工作点下的风机频率、冷冻水阀开度、负荷等参数存入数据库，在系统运行过程中直接通过查询数据库来确定风机的理想频率和水阀的理想开度；
[0032]
根据系统运行情况，更新数据库中存入的参数；送排风节能控制系统包括测量风的温度与湿度、冷浆水流量等传感器。
[0033]
在热交换器前端的空气焓值一定的情况下，冷冻水的流量和送风风量决定空气处理机组经热交换后输出的冷负荷(见图2)，当系统当前的搶值与负荷确定后，便可通过含值h与负荷p查询对应的最优运行参数，此时按表1的映射关系根据步骤5、更新最优运行参数，可以获得冷冻水泵和送回风机的最佳匹配运行参数，从而实现根据目标控制环境的目标温度情况而使得空调风系统与水系统动态平衡运行，解决了现有技术难以使空调风系统与水系统具有良好的动态性能和稳态性能等技术问题。
附图说明
[0034]
图1为本发明热交换器前端的空气焓值恒定时送风量、水流量与冷负荷的关系示意图；
[0035]
图2为本发明不同焓值和负荷下空气处理过程中风量与水量关系示意图。
具体实施方式
[0036]
由于风机和水泵的能耗曲线不同，在给定冷负荷需求时，存在最优的工作点使风机和冷冻水泵的能耗总和最小。基于这种认识可以得出以下的节能控制思路：
[0037]
1)将每个焓值对应的最优工作点下的风机频率、冷冻水阀开度、负荷等参数存入数据库，在系统运行过程中直接通过查询数据库来确定风机的理想频率和水阀的理想开度；
[0038]
2)根据系统运行情况，更新数据库中存入的参数。送排风节能控制系统包括测量风的温度与湿度、冷浆水流量等传感器。
[0039]
系统调节控制过程
[0040]
假设已经将系统最优工作点存入了数据库，在进行具体控制时主要包括三个步
骤：1)计算焓值；2)计算末端负荷；3)根据1)与2)计算结果查询数据库，提取系统最优运行参数。以下将详细介绍这三个步骤。
[0041]
1)焓值的计算
[0042]
在热交换器前端安装温度传感器t和湿度传感器d，记tr、dr分别为热交换器前端的空气温度与湿度，则热交换器前端的空气焓值hr可按公式(1)计算：
[0043]
hr＝1.01tr dr(2500 1.84tr)
[0044]
2)末端负荷的计算
[0045]
设q表示通过热交换器的冷冻水流量，
△
t表示通过热交换器的冷冻水出、入口温差，则末端负荷p的计算可由公式(2)计算：
[0046]
p＝q
×△
t。
[0047]
对于
△
t,可以通过检测并采集冷冻水出、入口温度而确定。对于流量q，可直接在空气处理机组热交换器的冷冻水管上安装流量传感器进行采集，这种方式精度高、误差小、成本相对较高。
[0048]
3)根据1)与2)计算结果查询数据库并提取最优系统运行参数
[0049]
在焓值不变的情况下，不同的负荷有与之对应的最优工作点，每一个焓值对应唯一的一条最优工作曲线(见图2)。
[0050]
当系统当前的焓值与负荷确定后，便可通过焓值h与负荷p查询对应的最优运行参数，其映射关系见表1。
[0051]
表1不同焓值与负荷下最优风机工作频率与水泵阀门开度
[0052][0053]
系统最优运行参数更新策略
[0054]
为了获得系统最优运行参数，系统开机后首先进入预处理工作状态，系统在最高频率和最大阀门开度下运行一段时间(时间范围是使得目标区域达到预期的温度)，预处理结束后,计算焓值及负荷，根据计算结果查询数据库并提取最优系统运行参数。如果存在最优运行参数，则系统进入最佳工作点运行；如果查询结果为空，则进行以下操作：
[0055]
步骤1：通过单参量开关独立控制送风机、回排风机、冷冻水阀，待满足系统控制要求(即目标区域达到预期的控制温度)后执行步骤2。
[0056]
步骤2：通过自动寻优过程来确定或从新定位系统能耗最低的工作点；
[0057]
步骤3：若寻找到相同环境条件下比历史数据库中更节能的工作点，则自动更新相应数据，否则直接将数据写入数据库。
[0058]
在这个过程中，对于送风机和回排风机的独立控制，首先根据回风温度的变化自动调节送风机的运行频率，使送风机转速跟随负荷变化而变化；回排风机的控制与空气处理机组的送风机同步，其转速跟随送风机的转速同步变化，使回风温度始终保持相对稳定。经过以上步骤，可以获得一组与当前负荷和送风焓值相对应的最低能耗工作点。系统投入运行时间越长，数据库内的信息越丰富与完善。在之后的运行中，若存在相似环境条件，则可直接通过数据库查找该工作点的相关信息，使系统快速进入最低能源消耗的最优工作点状态。