热泵最优压力的控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及热栗技术领域，特别涉及一种跨临界CO2热栗压力控制方法。
【背景技术】
[0002]随着经济的发展，能源成为人类赖以生存和发展的主要物质基础，而在世界各国，能源短缺问题日益明显，成为经济快速发展的障碍。节能、低碳作为当今社会发展的主流方向，指引着各行各业技术应用的发展方向。其次，环境问题同样制约着人类社会的快速发展，传统制冷剂对臭氧层的破坏和对全球气温别暖的影响备受关注。跨临界CO2热栗系统在提供高温热水的同时，不仅环境友好，而且具有节约能源的特性，作为能源领域的发展方向，具有广阔的发展前景。
[0003]而在跨临界CO2热栗系统中，如何确保系统在最优工况下运行，对节能具有重大意义。跨临界CO2热栗系统COP随着排气压力的变化，存在一个最优值，对应的排气压力为最优压力。目前对最优压力的研究多为理论研究及半经验关联公式，即对一台已有或新开放的热栗模型，通过大量实验测试，寻找最优压力的影响因素，通过拟合关系式的方式给出不同工况下跨临界CO2热栗系统的最优压力，从而指导热栗的实际运行;此外，通过对热栗模型建立数学模型，以系统仿真迭代计算的方式数值计算各个工况下系统对应最优压力。一方面，当热栗模型有变，拟合关系式适用性会变差，数值建模计算需要重新进行，增加了工作难度和设计成本。另一方面，这些方法都在实际热栗应用之前给出可能工况下的最优压力，在实际热栗运行时，根据计算或拟合关系调整实际工况的最优压力。然而，在热栗的实际运行过程中，受外界因素干扰，环境温度、出水温度等参数是随时变化着的，这样，系统的最优压力也是瞬态变化着的，传统的方法将造成跨临界CO2热栗无法在实际应用中一直保持最优压力、最优C0P。
[0004]为了保证跨临界⑶2热栗系统在实际运行时一直处于最优压力对应的最优⑶P工况，那么对最优压力的动态控制是非常有必要的。环境温度和出水温度等参数的实时变化，以及随着热栗运行损耗导致其他各项参数的变化，使用一个动态的控制过程动态控制受干扰工况的跨临界CO2热栗系统，确保系统一直处于高效的运行状态，在整个节约能源的社会背景下就显得非常有意义。
【发明内容】
[0005]本发明目的在于提供一种跨临界CO2热栗最优压力的控制方法，可自适应外界干扰及不同热栗类型，确保系统实际运行于最优状态。
[0006]为了达到上述目的，本发明采取如下技术方案:
[0007]—种跨临界CO2热栗最优压力的控制方法，包括以下步骤:
[0008]第一步:根据环境温度最小值Tairl、环境温度最大值Tair2、出水温度最小值Tciutiwl、出水温度最大值Tciut,w2以及温度测量精度△ T，建立一个离散的数据库；
[0009]第二步:对数据库中已有的工况点采取极值搜索方法寻找最优值，搜索的初始值为数据库中已有的原始值；
[0010]第三步:根据极值搜索获得的最优压力值，提取压缩机排气温度自动获得压缩机排气状态焓值h2，同时依据测量参数依次获得吸气状态焓值匕和气体冷却器出口焓值h3，⑶卩挪尸加-七)/^-^);此外，原始数据库的最优压力对应的压缩机排气状态焓值ho2，同时依据测量参数依次获得吸气状态焓值hQ1和气体冷却器出口焓值hQ3，则⑶P(。) = (ho2-hod/^horhtn);最优性能系数COP(max)=max{COP(ESo，COP(。)}，将 COP(max)对应的压力值和COP值写入数据库;覆盖原始数据库，逐步将步骤一中对应温度区间内以AT步长所建立的所有温度点对应最优压力及COP写入原始数据库，获得一个新的数据库；
[0011]在热栗实际运行时，根据实际工况的环境温度和出水温度，提取数据库中的最优压力值，使得跨临界CO2热栗动态运行于最优工况。
[0012]进一步的，第一步中建立离散的数据库后根据经验关联式Pcipt,w= 54.6-0.53Tair+0.31Tout,w+0.006Tair2+0.018Tair X Tcmt,4十算所有数据库中环境温度和出水温度对应的跨临界CO2热栗最优压力Pcipt, W，建立一个以[Tairl，Tair2 ]、[ Tout.wl，Tout1W2 ]为区间，Δ T为温度间隔的初始最优压力数据库，该数据库作为原始数据库；其中:Tair为环境温度，TciutiwS出水温S ；-20 0C < Tair < 30 0C O
[0013]进一步的，在热栗实际运行时，若数据库中没有实际工况点，则进行第四步:
[0014]第四步:在数据库中获得实际工况点(环境温度为Tair,act，出水温度为Tciu^act)附近的四个工况数据，分力U为:(Tair, i , Tout,w, j )，(Tair, i+1 , Tout,w, j )，(Tair, i , Tout,w, j-1 )，(Tair, i+1,Tout’w’j-1)，其对应的最优压力值分别为P(i,j)，P(i+l,j)，P(i,j-1)，P(i+l,j-1);利用一阶拟合公式，头际工况点的取优压力值为:Pactually — [ (Tair,act_Tair,i)*P(i,j) / Δ T+(Tair,i + l_Tair,act)*P(i+1, j)/ A T ] * ( Tout, w, j_Tout, w, act ) / Δ T+[ (Tair,ac t—Tair,i)5l<P(i,j-1)/ Δ T+( Tair, i+l—Tair, act)
p(i+1,j-D/ATWTcmt.w^t-TcmHj—0/ΔΤ;获得实际工况点的最优压力后，提取排气温度、排气焓值hac；t,2、吸气状态焓值hac；t,dP气体冷却器出口焓值hac；t,3，计算实际工况点性能系数COPact = (hact, 2—hact, 3 ) / (hact, 2-hact, I );并将环境温度为Tair, act，出水温度为Tout, w, act的最优压力值PactuaIly和COPact对应补充写入数据库；同时，本局计算的最优压力值PWlly使跨临界CO2热栗运行于最优工况。
[0015]进一步的，还包括以下步骤:
[0016]跨临界CO2热栗机组运行至用户设定的年限后，以当前数据库为原始数据库，重复第二步和第三步，再次进行极值搜索，更新数据库;弥补机组老化影响产生的最优工况偏离的情况。
[0017]本发明建立一个具有自学习功能的动态数据库(见附图1)，通过给定初始最优值、寻找实际最优值、数据库自我完善的方法动态控制跨临界CO2热栗系统的实时最优排气压力。给定系统运行工况范围:环境温度最小值!^^、环境温度最大值1^2、出水温度最小值Tcmt,wl、出水温度最大值Tciutiw2;以及温度测量精度Δ T。根据最优压力经验关联式:Pcipt, W =54.6-0.53Tair+0.31Tout,w+0.006Tair2+0.018Tair*Tcmt,w(其中。-20Γ < Tair <30°C),建立一个以[Tairl，Tair2 ]、[ Tout.wl，Tout, W2 ]为区间，Δ T为温度间隔的一个初始最优压力数据库，该数据库作为原始数据库。
[0018]其次，在待选优的目标值(即最优压力)上叠加一个幅值小于待优目标的正弦周期激励信号，使得被控制对象的性能指标发生变化，再通过一个高通滤波器和解调的过程不断的对性能指标变化的导数进行估值，再通过低通滤波器以后就认为该值为目标值变化的导数，通过找到导数为零的点找到目标值的最优值。且该极值搜索过程的初始值选取为原始数据库内的最优压力值，加快极值搜索的效率。
[0019]依据极值搜索寻找得到的最优压力值及压缩机排气温度自动获得压缩机排气状态焓值(h2)，同时依据测量参数依次获得吸气状态焓值(hO和气体冷却器出口焓值(h3)，那么0)Ρ(Ε5ο = (1ι2--1ι3)/(1ι2-1η);此外，原始数据库的最优压力对应的压缩机排气状态焓值(K2)，同时依据测量参数依次获得吸气状态焓值(hQ1)和气体冷却器出口焓值(hQ3)，则COP(o) = (ho2-ho3)/(ho2-hoi) oCOP(max) =max{C0P(Esc) ,C0P(o)}，将COP(max)对应的压力值和COP值写入数据库。覆盖原始数据库，逐步将所有环境温度和出水温度的对应最优压力及COP写入原始数据库，获得一个新的数据库。
[0020]在热栗实际运行时，若对应的数据库中存在相同的环境温度和出水温度对应的工况点，则直接从数据库中提取最优压力，传递给控制器，使得热栗实时运行在最优压力对应的最优工况。若对应的数据库中不存在实际工况点及最优压力值，则寻找对应工况点附近的四个数据点，假设实际工况点在数据库中的投影位置为附图2所示(即环境温度为
Tair, act，出水温度为Tout，w，act )，那么依次提取(Tair, i，Tout，w，j )，(Tair, i + 1，Tout，w，j )，(Tair, i ,Tout, w，j-1)，(Tair, i + 1，Tout, w，j —I )四个工况点对应的取优压力值，即:P(i，j)，P(i + l，j)，P(i，j-1)，?(1 + 1，^)。根据一阶神经元拟合方法，获得实际工况点的最优压力值，为4^^^ =
[(Tair,act —Tair,i)5i<p(i,j)/ AT+(Tair,i + l —Tair,act)5i<p(i + l,j) / Δ T ] ( Tout, w, j —Tout, w, act ) / Λ T +[(Tair, act-Tair, i)*P(i,j-l)/ A T+( Tair, i + l_Tair, act )*P(i + l,j-l)/ A T ] * ( Tout, w, acfTout, w, j-1 ) / A T ；
并根据获得最优压力，获得压缩机排气状态参数，计算COP，将对应的环境温度、出水温度及其最优压力及COP补充写入数据库，同时实时控制系统处于最优状态。
[0021]热栗运行tyear(可根据用户需求及机组运行工况、老化程度设置年限)年后，以当前数据库为原始数据库，再次根据极值搜索滤波解调的方法寻找最优值，依次获得各个工况最优压力，更新数据库，确保机组实时运行在最优工况下。
[0022]与现有技术相比，本发明的优点是:
[0023]现有技术对跨临界CO2热栗最优压力的选取往往采取经验关联式或大量实验数据分析获得某一固定工况的最优压力。而热栗的实际运行工况往往是动态变化着的，且针对不同的热栗模型，经验关联式所获得的最优压力往往与实际最优工况具有一定差距;其次不同的热栗机组其最优压力也有所不同，大量实验获得的数据实际上也无法确保所有机组稳定运行在最优工况。对所有待运行热栗都采取重新建模实验测量的方法势必是耗时耗力的。
[0024]本发明通过建立数据库