一种小型过冷式冰蓄冷空调系统的近优化控制技巧.docVIP

一种小型过冷式冰蓄冷系统的近优化控制方法 华中科技大学 舒朝晖 林建泉 谢军龙 陈焕新 摘 要：本文提出了一种基于逻辑判断的小型过冷式冰蓄冷空调系统的优化运行控制方法—逐步逻辑判断优化法，并通过实例对比分析了该优化法与主机优先法下的日运行费用，结果表明该优化法优于主机优先法，能够达到简单有效地实现优化运行目的，对实际工程应用具有参考意义。 关键词：过冷式 小型冰蓄冷 逻辑判断 优化控制 1 引言 冰蓄冷系统具有“移峰填谷”的作用，能够有效缓解夏季空调用电紧张的局面，具有良好的节能和环保效应，能产生巨大的社会效益和经济效益。采用有效的控制方法，充分利用峰谷电价差使得系统运行费用最低，已成为国内外冰蓄冷系统设计人员、研究人员和广大用户最关心的问题之一。 目前，国内外许多学者建立了不同的冰蓄冷系统控制数学模型，提出了各自的优化控制策略[1~5]。但这些运行控制策略大多是针对大型常规冰蓄冷空调系统的，对于采用蓄冰槽作为制冷循环过冷器的小型过冷式冰蓄冷空调系统的优化控制策略研究目前尚未见报道，鉴于采用优化控制理论建立数学模型实现优化的方法比较复杂，而且在实际工程应用中难于实现，本文提出一种新型简单有效的优化方法—逐步逻辑判断优化法，为实际工程中的优化控制提供参考。 2 逐步逻辑判断优化法 在运行优化控制研究中，目前采用最多的就是利用传统的优化控制理论即建立一个数学模型来描述系统，然后确定目标函数和约束条件，并对建立的非线性方程组进行求解。然而对于多变复杂的小型过冷式冰蓄冷空调系统，采用这种方法去实现优化控制在实际的工程应用中还是存在一定的局限和困难。因此本文提出一种实用简单有效的运行优化控制策略，为了方便描述，在此将这种优化控制策略的方法称之为“逐步逻辑判断优化法”。逐步逻辑判断优化法的基本思路是将多目标和多约束条件通过逻辑判断逐步满足化，即在不考虑其他目标或约束条件的情况下通过逻辑判断先满足其中一个目标或约束条件，然后以此目标或约束条件为已知量，通过以上方式再逐步满足其他目标或约束条件直到最后全部满足。 在小型过冷式冰蓄冷空调系统中应用逐步逻辑判断优化法的实质就是通过若干步骤的逻辑判断实现负荷的优化分配。通过以上对逐步逻辑判断优化法基本思路的描述，我们不难发现在小型过冷式冰蓄冷空调系统采用逐步逻辑判断优化法，则需要解决以下几个问题：确定逐时负荷分布和电价结构，确定系统优化控制策略的目标和约束条件。 3 逐步逻辑判断优化法的实施 3.1 假设条件 为了便于分析逐步逻辑判断优化法在小型过冷式冰蓄冷空调系统优化控制策略中的应用，对系统进行了如下假设：1）电价结构为三段制；2）制冷主机在蓄冰、空调供冷模式下的最大制冷量恒定；3）空调供冷期间内，融冰释冷供冷模式与同等条件下的常规空调供冷模式下的蒸发温度和冷凝温度近似认为不变；4）最大融冰速率仅与蓄冰槽内的剩余冰量有关；5）蓄冰槽的冷量损失忽略不计。 3.2 优化控制目标、约束条件及数学描述 （1）优化控制目标 对于小型过冷式冰蓄冷空调系统而言，主要控制目标有：ⅰ）系统日运行费用最低；ⅱ）满足空调负荷需求；ⅲ）在一个工作周期内，尽量耗尽蓄冰槽内冷量，同时防止融冰不足，造成残存余冰，导致下次充冷循环的效率降低。其中，ⅱ）是优化控制的前提，是必须满足的；ⅰ）是冰蓄冷系统优化控制的主要目的，应优先考虑；ⅲ）是评价冰蓄冷系统优化控制策略优劣的附加评价指标，应在充分考虑控制目标ⅰ）和ⅱ）的基础上尽可能给予优化。 （2）约束条件 小型过冷式冰蓄冷空调系统的约束条件主要包括：①制冷机组在各运行模式下的最大出力约束；②蓄冰槽的最大蓄冷量约束；③蓄冰槽的最大融冰速率约束。冰蓄冷空调系统的优化控制实际上就是在满足上述约束条件的基础上，尽可能地达到控制目标。 （3）数学描述 设用户k时刻的负荷为,其中制冷主机负担，蓄冰槽负担，制冷主机出力的运行费用为，蓄冰槽出力为的运行费用为，制冷部分风机类在时段运行费用为，则全天的运行费用为： 　　 　　　　　　　　　　　　（1） 约束条件如下： 　　 ； ；； （2） 其中，为蓄冷率，一般取5%～25%[6]；为制冷主机k时刻的最大制冷能力,kW；为蓄冰槽k时刻的最大融冰供冷能力，kW；为时段制冷部分风机类的耗电量，kWh；为时段电价，元/kWh；为k时刻的冷负荷,kW。 3.3 具体实施方法 （1）采用时间序列法或BP神经网络法建立负荷预测模型对次日24小时进行负荷预测； （2）检验控制目标ⅱ）（即是否满足空调负荷需求）：判断全天所有小时需求累加负荷是否小于小型过冷式冰蓄冷空调系统在整个供冷期间所能提供的最大供冷量，如不能满足,则对预测结果进行修正,即将大于制冷机组所能提供的最大逐时供冷量的那些时段的预测值用制冷机组所能提供的最