一种集中供冷系统的自动化控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种集中供冷系统的自动化控制方法，包括由冷水机组、变频泵、冷冻水管网、以及末端空调机组组成的循环供冷系统，所述控制方法是指将循环供冷系统分解为多个独立的控制环路，每一控制环路内设定一个主要的控制变量和调整变量，通过调整变量调节控制变量的变化，不同环路之间的控制变量和调整变量互为扰动变量。该自动化控制方法为集中供冷站的全自动化控制提供了系统地解决方案，可通过本发明专利技术将冷水机、变频泵、调节阀等关键设备的控制相对独立开来，将彼此之间的影响当作扰动量处理，使控制目标明确，系统运行稳定，进而达到节能和降低运营成本的目的。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及集中供冷系统的自动化控制领域，具体涉及，包括变频泵的变频调节方法、调节阀的开度调节方法和冷水机组的群控方法。
技术介绍
集中供冷系统是于集中冷站处集中制冷，然后通过泵和冷冻水管网将集中制冷负荷实时送达到各末端，实现对远端大区域大空间环境温度的自动化控制。其控制难点主要有1、每个集中供冷站要控制冷水机组、变频泵等智能设备多套，末端组合空调多台，要求调控的过程变量很多，属于多变量调节系统，关联因素多，无法精确建立控制模型。2、冷冻水传输距离远，系统的时延长，很难实现实时控制。3、在控制过程中，一次泵的流量要尽可能与冷水机的运行效率相匹配、二次泵的流量要实时跟踪末端组合空调的需求量、多台末端组合空调流量在调节过程中也存在互相干扰，使变频泵、调节阀等流量调节设备必须兼顾多流量的调节与匹配，按常规控制会经常在最小值和最大值之间来回跳变，系统很不稳定，容易振荡。4、由于受季节、室外环境温度和末端人流量变化等因素的影响，末端组合空调对冷冻水流量的需求会出现较大差异的变化，若使用定速泵的话，则必然不能响应末端对冷负荷的需求变化，从而造成能耗浪费，增大运营成本。因此，需要使用变频泵来适应末端对冷负荷需求减小或增加的变化，快速减小或增大变频泵的运行频率，进而对冷冻水的输送流量进行快速动态的调整，提高集中供冷系统的快速响应能力，既解决冷冻水远程传输时的流量匹配问题，又较定速泵节能，节约运营成本。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对上述问题，提供，通过系统解耦，将集中供冷系统分解为多个独立的控制环路，通过冷水机组的群控、变频泵的变频调节方法、调节阀的开度调节方法等，使系统中各控制对象与控制变量既相对独立，又相互依存，以消除各扰动变量对变频泵调节压差时和调节阀调节环境温度时造成的影响，进而精确控制冷冻水管网压差和环境温度。为达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案，包括由冷水机组、变频泵、冷冻水管网、以及末端空调机组组成的循环供冷系统，所述控制方法是指将循环供冷系统分解为多个独立的控制环路，每一控制环路内设定一个主要的控制变量和调整变量，通过调整变量调节控制变量的变化，不同环路之间的控制变量和调整变量互为扰动变量。按照主元分析法的思想，将上述循环供冷系统中的诸多控制对象与过程控制参数分解为如下三个控制环路a)内环——以末端空调机组及其调节阀作为最内环，环境温度作为控制变量，调节阀开度作为调整变量；b)中环——以变频泵和冷冻水管网作为中间环，冷冻水管网压差作为控制变量，变频泵的运行频率作为调整变量；c)外环——以冷水机组作为最外环，冷水机的输出冷负荷作为控制变量，结合冷水机的运行效率曲线进行冷水机群控，实现冷水机运行台数的控制和冷冻水出水温度的再设定。上述冷水机为冷负荷Q的提供者，变频泵和冷冻水管网为冷负荷Q的传递者，末端空调机为冷负荷Q的消耗者，其中流经调节阀的冷负荷Q与调节阀的开度ψ、介质流经调节阀时的压差ΔP、温差ΔT三者的乘积成正比，即Q＝K*ψ*ΔP*ΔT，其中Q为流经末端调节阀的冷负荷，K为常数，ψ为调节阀的开度，ΔT为冷冻水流经风机盘管或组合空调时的进/出口温差，ΔP为冷冻水流经调节阀时的压差。通过串级调节中的内环来消除ΔT变化对系统的影响，将冷冻水温差ΔT的影响作为扰动变量，将冷冻水管网的压差ΔP稳定控制在工艺要求的某个值，使末端调节阀的冷负荷线性跟踪调节阀的开度ψ。上述集中供冷系统中冷冻水管网的末端设有旁通调节阀，当所有末端空调机所需冷冻水总流量小于冷水机组的输出总量时，开启旁通调节阀进入调节状态，实现小流量的泄流，使各环路的流量匹配。在整个末端冷负荷的调节过程中，调节阀的开度ψ只是一个中间过程变量，但调节阀的开度ψ直接影响对末端环境温度控制的响应速度，影响冷负荷的跟随特性。因此，本专利技术将调节阀的开度ψ当成最内环的主元控制因素，通过对调节阀的控制来实现。针对调节阀的开度控制为非线性的随动控制的特点，在系统稳定运行时，其调节阀的开度值是不确定的。因此，本系统的内环控制采用具有自适应控制的双PID抗扰动调节方式，包括以下步骤(a)实时采集车站环境温度作为第一PID调节器的反馈输入，与实际控制要求的车站环境温度值进行比较，通过第一PID调节器消除对车站环境温度控制的偏差；(b)按照实际环境温度与给定环境温度的变化趋势预测分析调节阀的开度调整方向，对调节阀的开度值进行动态修正；(c)将修正后的开度值作用于第二PID调节器，与调节阀的反馈开度进行比较，通过第二PID调节器消除给定开度与实际运行开度的偏差，实现对调节阀开度ψ的稳定控制。在上述调节阀开度的调节过程中，根据步骤(a)对调节阀开度及室外环境温度扰动变量对冷负荷的调节，获得符合工艺要求的车站环境温度；根据步骤(b)中实际温度与给定温度的变化趋势修正调节阀的动态给定开度；根据步骤(c)对给定开度自适应调整后，使调节阀实际开度既变化，又能有规律地稳定在某个值附近，获得调节阀的稳定运行。集中供冷系统的整个冷冻水管网系统可以看成一个密闭容器，在冷冻水管网系统中冷水机的开启台数、冷冻水泵的流量大小、调节阀的开度调整等均会影响压差ΔP。因此，本方案将压差ΔP当成中间环的主控制变量，通过对变频泵的运行频率调整来实现。针对变频泵的运行频率控制为非线性的随动控制系统，在系统稳定运行时，其变频泵的运行频率值是不确定的。因此，本系统的中环控制采用具有自适应控制的双PID抗扰动调节方式，包括以下步骤(a)实时收集变频泵出口和末端冷冻水管网的供/回水压差，作为第一PID调节器的反馈输入，与实际操作给定的各具体支管压差进行比较，通过第一PID调节器消除实际管路压差与给定压差的偏差；(b)按照实际压差相对于给定压差的变化趋势预测分析变频泵的运行频率调整方向，对变频泵的运行频率进行动态修正；(c)将修正后的给定频率作用于第二PID调节器，与变频泵的反馈频率进行比较，通过第二PID调节器消除给定频率与实际运行频率的偏差，实现对变频泵运行频率的稳定控制。在上述变频泵的变频调节过程中，根据步骤(a)对变频泵的运行频率及调节阀开度扰动变量对变频泵流量进行调节，获得符合工艺要求的压差；根据步骤(b)中实际压差与给定压差的变化趋势修正变频泵的动态给定运行频率；根据步骤(c)对结合实际给定运行频率自适应调整后，使变频泵的运行频率既变化，又能有规律地稳定在某个值附近，获得变频泵的稳定运行。集中供冷系统正常运行时整个冷冻水管网系统是一个大的贮能系统，对末端冷负荷需求变化时有较好的缓冲作用，但从长时间运行来分析，系统的贮能应尽可能与末端冷负荷的需求同步，最好是实现对末端冷负荷需求的跟踪控制。即系统开机时贮能要适当，使冷负荷跟踪控制的响应时间尽可能短；在正常运行时，当末端冷负荷需求发生较大变化时，应对冷水机的冷冻水输出温度进行修正，使冷负荷跟踪控制的响应速度快，提前对系统的冷负荷产出量进行控制，解决冷冻水传输大惯性与长延时控制难题。本系统外环中冷水机输出冷负荷的调节方法包括以下步骤(a)在系统开机时利用室外环境温度预测当天的冷负荷变化范围，确定当天冷负荷的基准点，使系统开机的过渡过程中系统贮冷量适当；(b)系统正常运行时，利用调节阀开度的变化和冷冻水管网压差的变化，预测冷负荷的变化趋势，对冷水机的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种集中供冷系统的自动化控制方法，包括由冷水机组、变频泵、冷冻水管网、以及末端空调机组组成的循环供冷系统，其特征在于，所述控制方法是指将循环供冷系统分解为多个独立的控制环路，每一控制环路内设定一个主要的控制变量和调整变量，通过调整变量调节控制变量的变化，不同环路之间的控制变量和调整变量互为扰动变量。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈韶章，贺利工，陈迪泉，俞军燕，耿望阳，高俊霞，陈建荣，韩瑶，
申请(专利权)人：广州市地下铁道总公司，广州复旦奥特科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：81[中国|广州]