一次泵自适应变压差节能控制系统及方法技术方案

本发明专利技术提供了一种一次泵自适应变压差节能控制系统及方法，属于中央空调系统自动控制调节领域。在中央控制器的综合控制下，本发明专利技术以末端送风温度与末端电动调节水阀开度作为参考变量调整干管压差设定值，在保证末端供冷的能力的前提下，能够降低管网的流体输配阻力，指导冷冻水泵变流量运行，实现节能目的；在此基础上，本发明专利技术还提出了系统运行稳态评价指标，在系统完成动态调整后，通过建立并联冷冻水泵能耗优化模型并求解，根据输出结果控制冷冻水泵的启停与频率，实现最低能耗运行。本发明专利技术兼顾了舒适性与节能性，能根据末端负荷需求自适应调整压差设定值，具有较好的鲁棒性。具有较好的鲁棒性。具有较好的鲁棒性。

【技术实现步骤摘要】
一次泵自适应变压差节能控制系统及方法


[0001]本专利技术属于中央空调系统自动控制调节领域，尤其涉及一次泵自适应变压差节能控制系统及方法。

技术介绍

[0002]根据《2020中国建筑能耗研究报告》，2018年建筑运行阶段能耗占全国能源总消耗量的比重达21.7%。公共建筑面积仅为建筑总面积的19%，能耗占比高达38.3%，单位面积能耗是城镇居住建筑的2倍以上。在公共建筑能耗中，中央空调系统能耗占比高达30%~60%，其中制冷机房的能耗（冷机+冷冻泵+冷却泵+冷却塔）占比约60%~70%，具备较大的节能潜力。由于中央空调系统是根据最大负荷需求设计的，且存在较大的设计冗余，然而空调系统实际运行中大多数时间处于部分负荷工况，造成冷源设备选型偏大，可调性偏差，设备运行能效偏低，产生大量不必要的能源浪费。
[0003]随着制冷主机变流量技术的发展，一次泵变流量系统在中央空调冷冻水系统中的应用逐渐普及，上述问题得到了解决。但是，在常规的变流量系统中，水泵采用压差控制调节，压差控制点设置在供回水干管上或最不利用户支路上，压差设定值恒定。当用户负荷需求变化时，用户支路上的电动调节阀调整开度以改变冷冻水流量，使得空调箱的送风温度维持在设定值。阀位的变化导致管网阻力特性改变，为维持干管压差恒定，水泵调整转速从而调整流量与扬程，达到新的供需平衡。在部分负荷工况下，用户的需求水量下降，干管压差恒定导致富余的压头由末端调节阀通过减小开度的方式消耗掉，造成了不必要的能源浪费。基于此，本专利技术设计了采用压差设定值响应末端负荷变化而自适应设定的方案，预计将能节约25%以上的水泵能耗。
[0004]现有技术1（CN103994554A）公开了一种空调用变压差控制装置、方法及系统，其依据最不利末端的阀门开度来调整压差设定值，但由于末端用户的负荷并非一致性变化，即最不利支路的位置是变化的，因而其所公开的方案难以满足实际应用需求，并且该现有技术也未提出压差设定值更新计算方法。
[0005]现有技术2（CN112254320B）公开了一种基于AI的空调变流量水系统自适应变压差控制方法，利用AI技术构建负荷预测模型，利用历史运行数据库获得末端设备的最大供回水温差，确定末端需求水流量，代入的所有末端阀门全开时控制压差值
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末端流量的对应数据库，并取最大控制压差值作为设定压差，但是负荷预测技术只适用于特定场景，多数场景下，负荷受到室内人员活动影响波动很大，难以精准预测，并且该方案需要依托强大的算力，应用场景受限。
[0006]现有技术3（CN112254237B）公开了一种空调循环水系统变压差控制系统，基于大量的实际运行数据，采用随机森林法进行模型训练，拟合供回水压差实测值与冷冻水流量的特征关系，从而获得压差设定值算法模型，需要依托大量的实际运行数据提高模型的精度，在项目运行的初期难以运用。
[0007]由此可见，目前现有的变压差控制方案，不适用于末端负荷非一致变化的情况，也
未考虑系统动态调整过程送风温度偏差对用户侧舒适性的不利影响，而基于实际运行数据应用机器学习算法的变压差设定方案，需要基于海量的运行数据和强大的算力，难以推广。
[0008]基于上述问题，本专利技术提出了一种一次泵自适应变压差节能控制系统及方法，考虑了末端送风温度与阀门开度，兼顾了用户的舒适性与系统的节能性，基于PI控制调整压差设定值，并提出水泵群组能耗优化算法，控制水泵的启停与运行频率，具有更优的节能性和适用性。

技术实现思路

[0009]针对现有技术中存在不足，本专利技术提供了一种一次泵自适应变压差节能控制系统及方法，有效解决了传统变压差控制方法中存在的未考虑送风温度偏差、推广困难等问题。
[0010]本专利技术是通过以下技术手段实现上述技术目的的。
[0011]一次泵自适应变压差节能控制系统，包括中央控制器以及由中央控制器控制的水系统管网，中央控制器中包含有参数辨识模块、DP设定值优化模块、旁通调节模块、水泵PID变频模块、水泵群组能耗优化模块；水系统管网包括制冷主机、冷冻水泵、稳压设备、分水器、集水器、静态平衡阀、空调箱、电动调节水阀；多个制冷主机以及多个冷冻水泵均分别并联后再相互连接，冷冻水泵支路供水管、冷冻水泵支路回水管上分别安装有第三压力传感器、第四压力传感器，每条制冷主机支路上均安装有一流量计，稳压设备与集水器连接，分水器、集水器上分别安装有第一压力传感器、第二压力传感器，水系统管网中每条用户支路上的空调箱两侧分别安装静态平衡阀和电动调节水阀，空调箱的送风侧安装有温度传感器。
[0012]利用上述的一次泵自适应变压差节能控制系统的一次泵自适应变压差节能控制方法，包括如下过程：步骤1：对水系统管网进行水力平衡调试；步骤2：利用DP设定值优化模块识别考虑送风温度偏差与电动调节水阀开度偏差的综合最不利支路，记为M支路；步骤3：利用DP设定值优化模块将电动调节水阀开度转换为阻抗，基于M支路的送风温度偏差以及阻抗偏差，自适应调整干管压差设定值；步骤4：DP设定值优化模块采集第一压力传感器、第二压力传感器监测的数据，作差计算得到干管压差监测值，然后将干管压差监测值以及步骤3得到的干管压差设定值输入到水泵PID变频模块中，水泵PID变频模块输出频率控制信号至冷冻水泵变频器，调整冷冻水泵转速，实现变流量运行；步骤5：中央控制器进行系统稳态评价，当水系统管网的负荷侧与冷源测均处于相对稳定状态时，进入步骤6；步骤6：参数辨识模块建立并联冷冻水泵群组能耗优化模型，水泵群组能耗优化模块根据用户侧的压力流量需求，以总能耗为优化目标求解，指导并联冷冻水泵群组最低能耗运行。
[0013]进一步地，所述步骤6中，并联冷冻水泵群组能耗优化模型建立过程如下：步骤6.1：并联冷冻水泵群组共包含条水泵支路，参数辨识模块根据采集的各冷冻水泵的启停状态、流量、扬程，采用下式建立各台冷冻水泵的性能模型：
[0014][0015][0016]式中，、、、、分别表示冷冻水泵在时刻的流量、扬程、频率、效率、功率；、、均为流量
‑
扬程特性曲线中的性能参数，、、均为流量
‑
效率特性曲线中的性能参数；表示额定频率；步骤6.2：水泵群组能耗优化模块采集第三压力传感器以及第四压力传感器监测到的数据，作差计算得到冷冻水泵支路压差；然后，参数辨识模块根据流量计采集的各制冷主机支路的流量，求和计算得到干管流量，即为冷冻水泵的目标流量；步骤6.3：建立如下所示的并联冷冻水泵群组能耗优化模型：
[0017][0018][0019][0020]式中，表示时刻并联冷冻水泵群组的总功率；表示时刻水泵启停切换产生的水力动态失调对系统造成的损失；、为能耗目标权重系数与损失目标权重系数；为运算符不等于，表示左边不等于右边，则为1，否则为0；表示冷冻水泵在时刻的启停状态；表示冷冻水泵安全稳定运行的最低频率；表示冷冻水泵的
额定容量；表示约束条件；表示冷冻水泵对应的水泵支路的阻抗。
[0021]进一步地，所述步骤6中，水泵群本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一次泵自适应变压差节能控制系统，其特征在于，包括中央控制器以及由中央控制器控制的水系统管网，中央控制器中包含有参数辨识模块、DP设定值优化模块、水泵PID变频模块、水泵群组能耗优化模块；水系统管网包括制冷主机（1）、冷冻水泵（2）、稳压设备（3）、分水器（4）、集水器（5）、静态平衡阀（8）、空调箱（9）、电动调节水阀（10）；多个制冷主机（1）以及多个冷冻水泵（2）均分别并联后再相互连接，冷冻水泵（2）支路供水管、冷冻水泵（2）支路回水管上分别安装有第三压力传感器（12）、第四压力传感器（13），每条制冷主机（1）支路上均安装有一流量计（14），稳压设备（3）与集水器（5）连接，分水器（4）、集水器（5）上分别安装有第一压力传感器（6）、第二压力传感器（7），水系统管网中每条用户支路上的空调箱（9）两侧分别安装静态平衡阀（8）和电动调节水阀（10），空调箱（9）的送风侧安装温度传感器。2.利用权利要求1所述的一次泵自适应变压差节能控制系统的一次泵自适应变压差节能控制方法，其特征在于，包括如下过程：步骤1：对水系统管网进行水力平衡调试；步骤2：利用DP设定值优化模块识别考虑送风温度偏差与电动调节水阀（10）开度偏差的综合最不利支路，记为M支路；步骤3：利用DP设定值优化模块将电动调节水阀（10）开度转换为阻抗，基于M支路的送风温度偏差以及阻抗偏差，自适应调整干管压差设定值；步骤4：DP设定值优化模块采集第一压力传感器（6）、第二压力传感器（7）监测的数据，作差计算得到干管压差监测值，然后将干管压差监测值以及步骤3得到的干管压差设定值输入到水泵PID变频模块中，水泵PID变频模块输出频率控制信号至冷冻水泵变频器，调整冷冻水泵（2）转速，实现变流量运行；步骤5：中央控制器进行系统稳态评价，当水系统管网的负荷侧与冷源测均处于相对稳定状态时，进入步骤6；步骤6：参数辨识模块建立并联冷冻水泵群组能耗优化模型，水泵群组能耗优化模块根据用户侧的压力与流量需求，以总能耗为优化目标求解，指导并联冷冻水泵群组最低能耗运行。3.根据权利要求2所述的一次泵自适应变压差节能控制方法，其特征在于，所述步骤6中，并联冷冻水泵群组能耗优化模型建立过程如下：步骤6.1：并联冷冻水泵群组共包含 条水泵支路，参数辨识模块根据采集的各冷冻水泵（2）的启停状态、流量、扬程，采用下式建立各台冷冻水泵（2）的性能模型：；；；
式中，、、、、分别表示冷冻水泵在时刻的流量、扬程、频率、效率、功率；、、均为流量
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扬程特性曲线中的性能参数，、、均为流量
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效率特性曲线中的性能参数；表示额定频率；步骤6.2：水泵群组能耗优化模块采集第三压力传感器（12）以及第四压力传感器（13）监测到的数据，作差计算得到冷冻水泵（2）支路压差；然后根据流量计（14）采集的各制冷主机（1）支路的流量，求和计算得到干管流量，即为冷冻水泵（2）的目标流量；步骤6.3：建立如下所示的并联冷冻水泵群组能耗优化模型：；；；；式中，表示时刻并联冷冻水泵群组的总功率；表示时刻水泵启停切换产生的水力动态失调对系统造成的损失；，为能耗目标权重系数与损失目标权重系数...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄庆，丁锐，黄德海，周宝贵，陈炫伊，李诚益，刘国华，邓韬，冯胜权，许庆江，
申请(专利权)人：南京华建检测技术有限公司，
类型：发明
国别省市：