基于动态响应末端总负荷变化的中央空调冷冻水控制方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于动态响应末端总负荷变化的中央空调冷冻水控制方法。通过实时统计各末端设备的负荷，得出系统末端总负荷Q，同时也采集冷冻水的供水温度Tg、冷冻水回水温度Th和集分水器压差ΔP。系统再根据Q、Tg、Th和ΔP采用反馈控制和前馈控制相结合的控制方式实现冷冻站供冷量与末端负荷相匹配的智能控制。前馈控制保证系统的快速性，反馈控制保证系统的精确性，两种控制结合实现冷冻站对末端负荷的及时及精确响应需求，保证末端设备的制冷性能。
【专利说明】基于动态响应末端总负荷变化的中央空调冷冻水控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及能源与节能【技术领域】，具体是一种基于动态响应末端总负荷变化的中 央空调冷冻水控制方法。
【背景技术】
[0002] 随着现代科学技术的发展和人民生活水平的提高，中央空调的应用非常广泛，为 人民生活和工作环境质量的提高做出了巨大贡献，同时也带来了很大的电能消耗，一般占 整个建筑用电负荷的40%?60%。冷冻水系统是中央空调系统的中央组成部分，是冷量的 搬运工，冷冻水系统的能耗占整个中央空调系统能耗10%?15%。冷冻水系统的运行不仅 直接消耗大量电能而且直接影响末端制冷效果以及冷冻机的运行效率，是保证中央空调系 统稳定运行及性能质量的重要环节。所以对冷冻水系统的节能优化控制研宄非常重要，大 量科技和实践证明冷冻水变流量控制的先进性，目前最常用的冷冻水变流量控制主要有恒 压差控制和恒温差控制。恒温差控制节能性高但是由于温度变化缓慢加上变流量导致的冷 冻水循环周期的不确定性大大影响系统对负荷变化的响应速度及系统的稳定性；由于压差 响应的时滞性较小，能够较快的反应流量的变化，所以恒压差控制具有很好的快速性能，但 是由于冷冻水压差与负荷之间没有直接的关系，空调的负荷的变化不能准确通过压差的变 化来描述，这样使恒压差控制准确性差甚至出现控制失效的现象。本发明根据上述恒温差 及恒压差控制的特点与不足，提出基于动态响应末端负荷变化的中央空调冷冻水优化控制 技术，使系统具有恒温控制的节能性又有恒压差控制的快速性。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的在于提供一种基于动态响应末端总负荷变化的中央空调冷冻水控 制方法，以克服现有技术中中央空调冷冻水系统方式中的两个问题，一是为恒温差控制方 式中由于冷冻水系统的大惰性、大时滞特性影响系统快速性及稳定性问题，二是为恒压差 控制中压差不能准确反映末端负荷变化而导致的准确性差及控制失效的问题。
[0004] 本发明的目的通过以下技术方案实现：
[0005] 一种基于动态响应末端总负荷变化的中央空调冷冻水控制方法：
[0006] al :第一温度传感器采集冷冻水供水的温度Tg，第二温度传感器采集冷冻水回水 的温度Th，计算冷冻水供回水温度差AT = Tg_Th;设定冷冻水供回水温度差设定值AT sp; 计算冷冻水供回水温度差设定值々^^与冷冻水供回水温度差AT的差值，该差值送入控制 器；
[0007] a2:压差传感器采集冷冻水的供回水压差AP;设定冷冻水供回水最小压差为 APsp;计算冷冻水供回水最小压差设定值AP sp与冷冻水供回水压差AP的差值，该差值送 入控制器；
[0008] a3 :末端总负荷Q送入前馈控制器，前馈控制器的传递函数记为Gff，前馈控制器的 输出送入控制器；
[0009] b :控制器对al、a2、a3的输入数据进行数据处理，控制器的输出数据控制变频器 以频率f控制冷冻水泵的冷冻水质量流量为M;
[0010] C :冷水机组将冷冻水回水处理为冷冻水供水，冷冻水泵将冷冻水供水送入各楼宇 中的表冷器群；
[0011] d :冷冻水供水在表冷器群中与各楼宇中的空气或新风进行换热后变为冷冻水回 水并回流至冷水机组中完成整个循环；
[0012] 所述前馈控制器的传递函数Gff采用不变性原理通过计算获得，具体是根据末端 总负荷Q对冷冻水供回水温度差△ T的影响恒为0的条件下进行求解。
[0013] 所述控制器包括温差控制器、压差控制器、加法器、高值选择器、限幅处理器、换算 器，控制策略为：
[0014] 1)温差处理器对冷冻水供回水设定温差A Tsp与冷冻水供回水温差AT之差进行 处理，得出输出v2;
[0015] 2)加法器将输出v2与前馈控制器的输出vl相加得到输出v3 ;
[0016] 3)压差传感器对冷冻水供回水设置最低压差APsp与冷冻水供回水压差AP之差 进行计算，得出输出v4;
[0017] 4)高值选择器选择输出v3和输出v4中的较大者为输出v5 ;
[0018] 5)限幅处理器根据系统设定的冷冻水最大质量流量M_和最小质量流量11_对输 出V5进行限幅操作并输出V6 :若输出V5小于等于Mmin则以M min输出；若输出V5大于等于 Mmin且小于等于M _则以输出V5的值输出；如输出V5大于M max则以M max输出；
[0019] 6)换算器根据冷冻水质量流量与变频器频率的关系将V6换算成频率f输出。
[0020] 所述温差控制器可采用PID控制器、模糊控制器或自适应控制器。
[0021] 所述前馈控制器的传递函数为Gff:
【权利要求】
1. 一种基于动态响应末端总负荷变化的中央空调冷冻水控制方法，其特征在于控制 方法为： al :第一温度传感器采集冷冻水供水的温度Tg，第二温度传感器采集冷冻水回水的温 度Th，计算冷冻水供回水温度差AT = Tg-Th;设定冷冻水供回水温度差设定值ATsp;计算 冷冻水供回水温度差设定值々!^与冷冻水供回水温度差AT的差值，该差值送入控制器； a2 :压差传感器采集冷冻水的供回水压差AP ;设定冷冻水供回水最小压差为APsp;计 算冷冻水供回水最小压差设定值APsp与冷冻水供回水压差AP的差值，该差值送入控制 器； a3 :末端总负荷Q送入前馈控制器，前馈控制器的传递函数记为Gff，前馈控制器的输出 送入控制器； b :控制器对al、a2、a3的输入数据进行数据处理，控制器的输出数据控制变频器以频 率f控制冷冻水泵的冷冻水质量流量为M ; c :冷水机组将冷冻水回水处理为冷冻水供水，冷冻水泵将冷冻水供水送入各楼宇中的 表冷器群； d:冷冻水供水在表冷器群中与各楼宇中的空气或新风进行换热后变为冷冻水回水并 回流至冷水机组中完成整个循环； 所述前馈控制器的传递函数Gff采用不变性原理通过计算获得，具体是根据末端总负 荷Q对冷冻水供回水温度差△ T的影响恒为O的条件下进行求解。
2. 根据权利要求1所述的一种基于动态响应末端总负荷变化的中央空调冷冻水控制 方法，其特征在于所述控制器包括温差控制器、压差控制器、加法器、高值选择器、限幅处理 器、换算器，控制策略为： 1) 温差处理器对冷冻水供回水设定温差A Tsp与冷冻水供回水温差A T之差进行处理， 得出输出v2 ; 2) 加法器将输出v2与前馈控制器的输出vl相加得到输出v3 ; 3) 压差传感器对冷冻水供回水设置最低压差A Psp与冷冻水供回水压差A P之差进行 计算，得出输出v4 ; 4) 高值选择器选择输出v3和输出v4中的较大者为输出v5 ; 5) 限幅处理器根据系统设定的冷冻水最大质量流量Mmax和最小质量流量Mmin对输出V5 进行限幅操作并输出V6 :若输出V5小于等于Mmin则以Mmin输出；若输出V5大于等于11_且 小于等于Mmax则以输出V5的值输出；如输出V5大于Mmax则以Mmax输出； 6) 换算器根据冷冻水质量流量与变频器频率的关系将V6换算成频率f输出。
3. 根据权利要求2所述的一种基于动态响应末端总负荷变化的中央空调冷冻水控制 方法，其特征在于所述温差控制器可采用PID控制器、模糊控制器或自适应控制器。
4. 根据权利要求1所述的一种基于动态响应末端总负荷变化的中央空调冷冻水控制 方法，其特征在于所述前馈控制器的传递函数为Gff:
式中字母所代表的物理意义： 在变频器与冷泵水泵系统中，
kd为开环增益，T d为惯性时间常数，f?为变频器频率； 在空调系统中，
Mn为冷冻水设计质量流量，Tm为系统惯性时间常数，T为系统纯时滞时间常数，M为冷 冻水质量流量，Q为末端总负荷，Cw为水的比热容。
5.根据权利要求1?4所述的任一种基于动态响应末端总负荷变化的中央空调冷冻水 控制方法，其特征在于：所述末端总负荷Q的计算方法是针对不同类型的末端设备的负荷 采取不同的计算方法，最后进行汇总统计；其中，不同类型的末端设备的负荷的计算方法分 别为： 风机盘管负荷的计算： 计算方法1 :按风的得冷量计算，基于回风温度传感器、送风温度传感器； 根据热力学传热定律可得： Qfcu - C aMal (Tainl-Taoutl) (1) 式中：QF〇i-风机盘管的负荷； Ca-空气比热容； Mal-风机盘管的风量，根据风机当前工作档位查询风机盘管的技术参数得到； Tainl-风机盘管回风温度； Tacutl-风机盘管送风温度； 计算方法2 :按水的失冷量计算，基于风机盘管的进水温度传感器、出水温度传感器和 流量传感器； 根据热力学传热定律可得： Qfcu - CwMwl(Twinl-Twoutl) (2) 式中：QF〇i-风机盘管的负荷； Cw-水的比热容； Mwl-风机盘中水的质量流量，流量传感器获得； Twinl-风机盘管的进水温度； Tiroutl-风机盘管的出水温度； 新风机负荷的计算： 计算方法1 :按风的得冷量计算，基于室外温度传感器、送风温度传感器和风量传感 器； 根据热力学传热定律可得： Qfau 一 C JAa2 (Toutdoor_Taout2) (3) 式中：QFmi-新风机的负荷； Ca-空气的比热容； Ma2-新风量，由风量传感器得到； T^td。。!"室外温度； T_t2-新风机送风温度； 计算方法2 :按水的失冷量计算，基于新风机的进水温度传感器、出水温度传感器和流 量传感器； 根据热力学传热定律可得： Qfau - CwMw2(Twout2-Twin2) (4) 式中：QFmi-新风机的负荷； Cw-水的比热容； Mw2-新风机盘管冷冻水流量，流量传感器测得； Tirout2-新风机盘管出水温度； Twin厂新风机盘管进水温度； 组合空调负荷的计算： 计算方法1 :按风的得冷量计算，基于混风温度传感器、送风温度传感器和风量传感 器； 根据热力学传热定律可得： Qhau - CaMa3(Tain3-Taout3) (5) 式中：QHmi-组合空调的负荷； Ca-空气的比热容； Ma3-组合空调送风量； Tain3一混风温度； T_t3-组合空调送风温度； 计算方法2 :按水的失冷量计算，基于组合空调的进水温度传感器、出水温度传感器和 流量传感器； 根据热力学传热定律可得： Qhau 一 CwMw3(Twout3-Twin3) (6) 式中：QHmi-组合空调的负荷； Cw-水的比热容； Mw3-组合空调冷冻水流量，由流量传感器测得； T_t3-组合空调出水温度； Twin3-组合空调进水温度。
6. 根据权利要求5所述的一种基于动态响应末端总负荷变化的中央空调冷冻水控制 方法，其特征在于：在风机盘管负荷的计算方法1中，借用风机盘管房间温度传感器取代回 风温度传感器，测量风机盘管回风温度Tainl。
7. 根据权利要求5所述的一种基于动态响应末端总负荷变化的中央空调冷冻水控制 方法，其特征在于：在新风机负荷的计算方法1中，不设置风量传感器，采用新风机相关参 数计算新风量Ma2。
8. 根据权利要求5所述的一种基于动态响应末端总负荷变化的中央空调冷冻水控制 方法，其特征在于：系统将所有末端设备分为m个组，每个组有n个末端设备；末端设备的 负荷计算出来后分组汇总，再进行m个组的汇总以得到末端总负荷Q。
【文档编号】F24F11/00GK104359195SQ201410849901
【公开日】2015年2月18日 申请日期:2014年12月31日 优先权日:2014年12月31日
【发明者】吴宝财, 何升强, 周泽宇 申请人:江苏联宏自动化系统工程有限公司