基于序列最小二乘规划的中央空调能耗优化方法技术

本发明专利技术针对中央空调的高能耗问题，提供一种基于序列最小二乘规划的中央空调能耗优化方法，采用SLSQP算法进行了中央空调模型的能耗优化，其中得到中央空调系统的数学模型，并确定了各参数的上下限，将能耗优化问题化为了带约束的非线性规划问题。使用Simulink建模并验证了数学模型的正确性。设计了总能耗的目标函数和约束条件，使用SLSQP算法计算了最优能耗点的工况参数，通过这些参数即可调节中央空调到期望的工作点。

【技术实现步骤摘要】
基于序列最小二乘规划的中央空调能耗优化方法
本专利技术属于中央空调的能耗优化
，具体涉及一种基于序列最小二乘规划的中央空调能耗优化方法。
技术介绍
中央空调是大型建筑中广泛使用的温度调节设备，由冷水机组、水泵、冷却塔、风机盘管四大部分组成，其中冷水机组约占据中央空调系统总能耗的一半。我国中央空调普遍处于部分负荷下运行，而空调按照最大负荷选型，因此出现“小温差，大流量”现象，即冷冻水温差和冷却水温差低于设计值，冷冻水流量和冷却水流量高于设计值，造成了能源浪费。目前的中央空调优化设计中，没有清晰地将各参数进行分类。并且部分优化设计中仅以冷冻水供水温度和冷却水回水温度作为优化变量，所达到的不是全局最优。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是：提供一种基于序列最小二乘规划的中央空调能耗优化方法，能够优化中央空调的能耗，节约能量。本专利技术为解决上述技术问题所采取的技术方案为：一种基于序列最小二乘规划的中央空调能耗优化方法，其特征在于：本方法包括以下步骤：S1、建立中央空调中各个设备的能耗数学模型：本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于序列最小二乘规划的中央空调能耗优化方法，其特征在于：本方法包括以下步骤：/nS1、建立中央空调中各个设备的能耗数学模型：/n分别建立冷水机组、水泵、冷却塔和风机盘管的能耗数学模型；/nS2、建立中央空调的能耗数学模型：/n根据冷水机组、水泵、冷却塔和风机盘管的能耗模型，分别列出冷水机组、水泵、冷却塔和风机盘管的能耗计算公式，然后将他们的能耗相加得到中央空调的总能耗计算公式；/nS3、采用序列最小二乘规划进行优化设计：/n3.1、根据中央空调的运行要求，得到中央空调运行状态参数的范围；/n3.2、根据中央空调中各设备的能耗模型，构造符合一般形式的非线性规划的目标函数和约束函数：/n

【技术特征摘要】
1.一种基于序列最小二乘规划的中央空调能耗优化方法，其特征在于：本方法包括以下步骤：
S1、建立中央空调中各个设备的能耗数学模型：
分别建立冷水机组、水泵、冷却塔和风机盘管的能耗数学模型；
S2、建立中央空调的能耗数学模型：
根据冷水机组、水泵、冷却塔和风机盘管的能耗模型，分别列出冷水机组、水泵、冷却塔和风机盘管的能耗计算公式，然后将他们的能耗相加得到中央空调的总能耗计算公式；
S3、采用序列最小二乘规划进行优化设计：
3.1、根据中央空调的运行要求，得到中央空调运行状态参数的范围；
3.2、根据中央空调中各设备的能耗模型，构造符合一般形式的非线性规划的目标函数和约束函数：



式中，f(x)为关于待优化向量x的目标函数，x为待优化的设备可调参数组成的向量；hi(x)为等式约束函数，gi(x)为不等式约束函数；f(x)只有一条，约束函数hi(x)为l条，不等式约束函数gi(x)为m条；
将该式应用到中央空调能耗优化问题上时，f(x)为中央空调的总能耗函数；hi(x)为中央空调设备与环境之间的换热函数，即冷却塔与室外换热函数、风机盘管与室内换热函数；gi(x)为中央空调各设备中存在限制的物理量的函数，即冷冻水供水温度、冷却水回水温度、冷却水流量、风机盘管风量比、部分负荷率的函数；
3.3、给定设备未优化前的参数值x0，用于第一次迭代；给定初始拟牛顿矩阵B0，即单位矩阵，用于第一次迭代；给定容许误差ε1，ε2，用于每次迭代中判断能否终止；
3.4、开始第一次迭代，第一次时k被设为0，每次迭代完成后迭代次数k加1；在每次迭代中，用拟牛顿矩阵Bk构造并求解一个目标函数、约束函数是对原非线性函数的线性近似的QP子问题；求解QP子问题等价于求解线性方程组，代入xk解得dk；xk是原非线性问题的近似解，即设备参数组成的向量；dk代表下降方向，dk是本次对xk的更新中接近原非线性问题的真实解的最快的方向；
3.5、利用原非线性问题的近似解xk和ε1，ε2检验终止条件，若尚未达到，则线搜索计算步长αk，αk代表本次对xk的更新中能接近原非线性问题的真实解的最大程度；通过xk+1＝xk+αkdk更新xk，然后更新Bk，在下一次迭代时用xk+1和Bk+1代替xk和Bk，返回步骤3.4进行下一次迭代；直至达到终止条件，输出此时对应的中央空调运行状态参数xk。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的冷水机组的能耗模型具体为：
Pchiller＝Pref×CapFT×EIRFT×EIRFPLR(1.1)
CapFT＝a1+b1·TCHWS+c1·TCWR+d1·(TCHWS)2+e1·(TCWR)2+f1·TCHWS·TCWR(1.2)
EIRFT＝a2+b2·TCHWS+c2·TCWR+d2·(TCHWS)2+e2·(TCWR)2+f2·TCHWS·TCWR(1.3)
EIRFPLR＝a3+b3·PLR+c3·(PLR)2(1.4)
式中，Pref代表冷水机组额定耗功率；TCHWS代表冷冻水供水温度，即冷水机组的蒸发器进水温度；TCWR代表冷却水回水温度，即冷水机组的冷凝器出水温；PLR代表部分负荷率，是当前冷负荷Qload与当前工况下机组最大制冷量Qavail的比值，即PLR＝Qload/Qavail；制冷量因子CapFT是关于TCHWS和TCWR的二次多项式，代表当前工况下机组最大制冷量Qavail与机组额定制冷量Qref的比值，认为额定制冷量Qref等于额定耗功率Pref，即CapFT＝Qavail/Pref；EIRFT是关于TCHWS和TCWR的二次多项式，EIRFPLR是关于PLR的二次多项式；EIR是能效比COP的倒数，是冷水机组耗功率与实时制冷量之比，在空调系统稳定工作时有实时制冷量等于实时冷负荷Qload，即EIR＝1/COP＝Pref/Qload；EIR等于EIRFT和EIRFPLR两个因子的乘积。

...

【专利技术属性】
技术研发人员：张华军，谢莒芃，苏义鑫，张丹红，王文彬，
申请(专利权)人：武汉理工大学，中国船舶重工集团公司第七零四研究所，
类型：发明
国别省市：湖北;42