集中空調(diào)水系統(tǒng)的仿真及上位機控制器的實時優(yōu)化控制研究.pdf

1、集中空調(diào)在為人們營造舒適環(huán)境的同時也帶來了嚴峻的能耗問題,空調(diào)節(jié)能勢在必行.在影響空調(diào)系統(tǒng)能耗的眾多因素中,自動控制系統(tǒng)是很重要的方面.隨著越來越多大型樓宇中BMS系統(tǒng)的日益廣泛化,對整個建筑物的空調(diào)及其他系統(tǒng)進行集成化管理和最優(yōu)化控制已成為可能.當集中空調(diào)系統(tǒng)處于部分負荷時,如何通過上位機控制器的優(yōu)化控制管理、實時合理地給出各下位機控制器的控制變量設定值以及系統(tǒng)中各設備的啟停運行模式?這些問題的解決好壞對整個系統(tǒng)的能耗影響巨大,尤其在

2、集中空調(diào)水系統(tǒng)中,管路復雜能耗大,若加強其優(yōu)化控制研究,必能開發(fā)整個空調(diào)系統(tǒng)的巨大節(jié)能潛力.當前這方面的研究盡管已經(jīng)開始,但尚有很多工作有待進一步深入.該文將空調(diào)系統(tǒng)的仿真模擬與優(yōu)化控制相結合,首先選擇比較典型的水冷式二級泵集中空調(diào)系統(tǒng),在國際能源組織IEA第30子課題Annex 30多年研究成果的基礎上,建立了系統(tǒng)各設備的部件模型和控制系統(tǒng)部件模型,對主要模型參數(shù)的辨識方法進行分析,同時對其準確性給予驗證;在此基礎上,建立了以TRNS

3、YS為仿真平臺的集中空調(diào)水系統(tǒng)數(shù)字仿真器;通過必備數(shù)據(jù)文件的輸入和對所有下位機控制回路PID參數(shù)的調(diào)試,最終完成可用于評估各種上位機優(yōu)化控制方案的空調(diào)水系統(tǒng)數(shù)字仿真器.在集中空調(diào)水系統(tǒng)的優(yōu)化控制研究中,首先從冷凍水側基本自動控制系統(tǒng)的局部角度出發(fā),設計了二級泵系統(tǒng)的上位機控制器,以對用戶端AHU供回水壓差進行實時優(yōu)化,并通過仿真試驗分析了其對系統(tǒng)控制穩(wěn)定性和系統(tǒng)能耗的影響;接著,又在他人研究的基礎上,從整個冷凍水子系統(tǒng)的角度出發(fā),設計了

4、具有變速泵的冷凍水供水系統(tǒng)上位機控制器,以對冷凍水供水溫度和壓差同時進行實時優(yōu)化.有關仿真結果表明,該上位機控制器具有一定的控制穩(wěn)定性和可實施性,同時能有效改善二級泵系統(tǒng)上位機控制器的控制'超調(diào)'現(xiàn)象,并能對整個冷凍水系統(tǒng)帶來更多的節(jié)能效益.其次,又從集中空調(diào)冷卻水側基本自動控制系統(tǒng)的局部角度出發(fā),在他人研究基礎上設計了適合于具有多級變速風機的冷卻塔風扇上位機控制器,以對風扇風量和運行臺數(shù)進行實時控制.有關仿真試驗結果表明,該上位機控制

5、器較之傳統(tǒng)的PID反饋控制方式能夠明顯改善控制效果,并且節(jié)約冷卻水側總能耗.最后,在局部上位機優(yōu)化控制的研究基礎上,該文又設計了集中空調(diào)水系統(tǒng)層次的在線可預測性上位機控制器,該控制器基于簡單的物理特性及自適應控制技術的模型參數(shù)在線辨識,以水系統(tǒng)總能耗為目標函數(shù),能通過自校正式的在線仿真對系統(tǒng)的運行特性和控制特性進行實時預測,同時采用基因遺傳優(yōu)化算法求解各控制變量在預測時間段內(nèi)的最優(yōu)設定值.該方法在目前集中空調(diào)水系統(tǒng)的優(yōu)化控制研究中尚鮮有