CN107120764A - 冰蓄冷空调系统及其控制方法的优化方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种冰蓄冷空调系统及其控制方法的优化方法，其中，冰蓄冷空调系统包括：制冷水系统，其包括集水器、分水器、制冷水管路、系统循环泵、基载机循环泵、第一阀门、第二阀门以及第三阀门，制冷水管路包括主管道、第一支管道、第二支管道、第三支管道、第四支管道、第五支管道以及第六支管道；以及冷媒水系统，其包括主媒水系统、地媒水系统以及冰媒水系统；主媒水系统包括冷却塔、冷却水泵、双工况主机、三工况主机、主机溶液泵、主机换热器、第四阀门、第五阀门、第六阀门、第七阀门以及第八阀门。该冰蓄冷空调系统解决了因双工况主机、三工况主机以及蓄冰槽之间单纯并联而导致无法满足人们每天内各个时间段内的制冷需求量的问题。

Description

冰蓄冷空调系统及其控制方法的优化方法

技术领域

本发明涉及空调设备，具体涉及一种冰蓄冷空调系统及其控制方法的优化方法。

背景技术

中国专利公开了一种公告号为CN 205425523 U的大温差蓄能式复合源热泵系统，该系统包括蓄能体、热泵机组、用户终端以及污水专用换热器，其特征是：所述的热泵机组包括双工况热泵主机和三工况主机，双工况热泵主机和三工况主机分别设置n台，所述n至少为1，各双工况热泵主机和三工况主机均并联设置，与每个三工况主机还并联安装一蓄冰槽，并在蓄冰槽管路上安装有截止阀。虽然该系统一定程度上提高了热泵机组的冬季低温性能、夏季高温性能以及系统的运行稳定性，但是该系统存在的缺点为：

由于各双工况热泵主机和三工况主机均并联设置，与每个三工况主机还并联安装一蓄冰槽，单纯的并联设置，虽然实现了双工况热泵主机、三工况主机以及蓄冰槽三个设备制冷互相不干扰，但是他们之间连接方式过于单一，实现不了多工况情况下工作。由于人们日常生活中每天内各个时间段内的制冷需求量均有所不同，因此需要双工况热泵主机、三工况主机以及蓄冰槽三个设备配合制冷，以在多工况的情况下满足人们每天内各个时间段内的制冷需求量。

中国专利公开了一种公告号为CN 104898422 A的联合供冷系统的递阶优化方法，该方法包括首先根据各冷源经济模型和分时电价政策，采用混合整数规划方法，优化各冷源的开启状态及最优功率设定值，同时考虑到各冷源的动态调节特性以及物理约束，为了更好地提高系统动态性能，设计目标耦合的协调分布式预测控制方法，在分布式框架下重新优化各冷源的设定值，使得各冷源在动态过程中保证总负荷的同时尽可能跟踪最优制冷功率设定值。虽然该方法一定程度上采用混合整数规划和分布式预测控制方法定量解决了联合供冷系统的稳态和动态调度问题，但是该方法仍然存在的缺点为：

1)该方法中，通过于制冷功率和冷却水进口温度来计算耗电功率，由于在实际工作中是双工况主机、三工况主机以及蓄冰槽共同制冷而使得冷却水进口温度发生变化的，因此冷却水进口温度并不能表示双工况主机、三工况主机以及蓄冰槽各自的供冷量，因此其计算结构不准确；

2)该方法中仅有双工况主机的运行纳入了控制方法的优化中，而没有考虑三工况主机的纳入后控制方法的优化，使得优化方法不够全面。

发明内容

本发明提出了一种冰蓄冷空调系统及其控制方法的优化方法，既解决了因双工况主机、三工况主机以及蓄冰槽之间单纯并联而导致无法满足人们每天内各个时间段内的制冷需求量的问题，又解决了因现有控制方法优化中动态变量(即为现有技术的冷却水进口温度和制冷功率)设定不准确而导致优化精度不高的问题。

为实现上述目的，本发明采用了如下的技术方案：

本发明首先提出一种冰蓄冷空调系统，包括：

制冷水系统，其包括集水器、分水器、制冷水管路、系统循环泵、基载机循环泵、第一阀门、第二阀门以及第三阀门，制冷水管路包括主管道、第一支管道、第二支管道、第三支管道、第四支管道、第五支管道以及第六支管道，第一支管道与第二支管道并联，第三支管道与第四支管道并联，第五支管道与第六支管道并联，第一支管道与第二支管道的并联端、第三支管道与第四支管道的并联端以及第五支管道与第六支管道的并联端依次通过主管道串通形成环状的制冷水管路，集水器与第一支管道与第六支管道之间的主管道前端连通，分水器与第一支管道与第六支管道之间的主管道后前端连通，系统循环泵连通设置于第一支管道上，基载机循环泵连通设置于第二支管道上，第一阀门、第二阀门以及第三阀门分别设置于第三支管道、第五支管道以及第六支管道上；以及

冷媒水系统，其包括主媒水系统、地媒水系统以及冰媒水系统；

主媒水系统包括冷却塔、冷却水泵、双工况主机、三工况主机、主机溶液泵、主机换热器、第四阀门、第五阀门、第六阀门、第七阀门以及第八阀门，冷却塔的出水口通过冷却水泵连通至双工况主机的主媒水通道入口和三工况主机的主媒水通道入口，双工况主机的主媒水通道出口和三工况主机的主媒水通道出口均连通至冷却塔的入水口，双工况主机的主媒水通道入口与冷却塔的出水口连通的管路上设置有第四阀门，三工况主机的主媒水通道入口与冷却塔的出水口连通的管路上设置有第五阀门，双工况主机的主媒水通道出口与冷却塔的入水口连通的管路上设置有第六阀门，三工况主机的主媒水通道出口与冷却塔的入水口连通的管路上设置有第七阀门，三工况主机的溶液通道出口通过主机溶液泵连通至主机换热器的溶液通道入口，主机换热器的溶液通道出口通过第八阀门连通至三工况主机的溶液通道出口，第三支管道穿过主机换热器，第四支管道穿过双工况主机；

冰媒水系统包括蓄水槽、融冰换热器、融冰泵、第九阀门以及第十阀门，三工况主机的溶液通道出口通过主机溶液泵和第九阀门连通至蓄水槽的溶液通道入口，蓄水槽的溶液通道出口通过第十阀门连通至三工况主机的溶液通道出口，蓄水槽的融冰通道出口通过融冰泵与融冰换热器的融冰通道入口连通，融冰换热器的融冰通道出口与蓄水槽的融冰通道入口连通，第五支管道穿过融冰换热器；

地媒水系统包括地埋管、基载机地源泵、系统地源泵、第十一阀门、第十二阀门、第十三阀门以及第十四阀门，地埋管的出水端与基载机地源泵的进水端以及系统地源泵的进水端均连通，基载机地源泵的出水端以及系统地源泵的处出水端均连通至双工况主机的主媒水通道入口和三工况主机的主媒水通道入口，双工况主机的主媒水通道出口和三工况主机的主媒水通道出口均连通至地埋管的入水端，双工况主机的主媒水通道入口用于连通基载机地源泵的出水端以及系统地源泵的处出水端的管路上设置有第十一阀门，三工况主机的主媒水通道入口用于连通基载机地源泵的出水端以及系统地源泵的处出水端的管路上设置有第十二阀门，双工况主机的主媒水通道出口用于连通地埋管入水端的管路上设置有第十三阀门，三工况主机的主媒水通道出口用于连通地埋管入水端的管路上设置有第十四阀门。

优选的是，还包括监测系统，监测系统包括：第一温度传感器、第二温度传感器以及流量计，第一温度传感器设置于集水器的出口处，以检测集水器出口处水的温度，第二温度传感器设置与分水器的出口处，以检测分水器的出口处水稳定，流量计设置在集水器与分水器之间的主管道上，以检测流入分水器内水的流量。

本发明还提出了一种如上述的冰蓄冷空调系统的控制方法的优化方法，包括：

步骤S1：确定影响电费的设备为：三工况主机、双工况主机以及蓄冰槽；

步骤S2：利用三工况主机运行数据拟合其耗电功率关于部分负荷率的函数，其中部分负荷率为实际制冷量与额定制冷量的比值；

步骤S3：利用双工况主机运行数据拟合其耗电功率关于部分负荷率的函数；

步骤S4：利用步骤S2中得到的三工况主机耗电功率关于部分负荷率的函数建立三工况主机供冷的经济模型、利用步骤S3中得到的双工况主机耗电功率关于部分负荷率的函数建立双工况主机供冷的经济模型并建立冰蓄冷系统供冷的经济模型，最终形成稳态经济优化问题的目标函数和约束条件并进行求解，得到三工况主机、双工况主机和蓄冰槽在经济效益最优条件下的启停状态和供冷功率；

步骤S5：在上一步骤的基础上，设计目标耦合的协调分布式预测控制方法重新优化整个冰蓄冷空调系统在每一采样时刻三工况主机、双工况主机以及蓄冰槽的实际制冷量设定值以提高整个系统响应负荷的动态性能；

步骤S6：利用迭代方法求解上述分布式预测控制问题，得到三工况主机、双工况主机以及蓄冰槽每一采样时刻的实际制冷量设定值。

相比于现有技术，本发明具有如下有益效果：

1)通过设置双工况热泵主机、三工况主机以及蓄冰槽之间的连接方式，解决了因双工况主机、三工况主机以及蓄冰槽之间单纯并联而导致无法满足人们每天内各个时间段内的制冷需求量的问题，实现了该系统工作在5种工况下，保证了满足人们每天内各个时间段内的不同制冷需求量，使得该系统单位时间内能够提供较少的冷负荷，也能提供较多的冷负荷，为合理安排双工况热泵主机、三工况主机以及蓄冰槽的供冷提供了较为较多的工况，为通过合理安排双工况热泵主机、三工况主机以及蓄冰槽工作实现减少电费使用奠定了条件；

2)通过在控制方法优化中考虑了三工况主机的控制，使得该冰蓄冷空调系统控制方法的优化更加合理；同时通过利用直接影响因素——实时制冷量的确定，使得该优化方法更加精确。

附图说明

图1为冰蓄冷空调系统的系统图。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与作用更加清楚及易于了解，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步阐述：

实施例1：

本实施例提出了一种冰蓄冷空调系统，包括：

制冷水系统，其包括集水器11、分水器12、制冷水管路、系统循环泵13、基载机循环泵14、第一阀门15、第二阀门16以及第三阀门17，制冷水管路包括主管道181、第一支管道182、第二支管道183、第三支管道184、第四支管道185、第五支管道186以及第六支管道187，第一支管道182与第二支管道183并联，第三支管道184与第四支管道185并联，第五支管道186与第六支管道187并联，第一支管道182与第二支管道183的并联端、第三支管道184与第四支管道185的并联端以及第五支管道186与第六支管道187的并联端依次通过主管道181串通形成环状的制冷水管路，集水器11与第一支管道182与第六支管道187之间的主管道181前端连通，分水器12与第一支管道182与第六支管道187之间的主管道181后前端连通，系统循环泵13连通设置于第一支管道182上，基载机循环泵14连通设置于第二支管道183上，第一阀门15、第二阀门16以及第三阀门17分别设置于第三支管道184、第五支管道186以及第六支管道187上；以及

冷媒水系统，其包括主媒水系统、地媒水系统以及冰媒水系统；

主媒水系统包括冷却塔211、冷却水泵212、双工况主机213、三工况主机214、主机溶液泵215、主机换热器216、第四阀门217、第五阀门218、第六阀门219、第七阀门210以及第八阀门200，冷却塔211的出水口通过冷却水泵212连通至双工况主机213的主媒水通道入口和三工况主机214的主媒水通道入口，双工况主机213的主媒水通道出口和三工况主机214的主媒水通道出口均连通至冷却塔211的入水口，双工况主机213的主媒水通道入口与冷却塔211的出水口连通的管路上设置有第四阀门217，三工况主机214的主媒水通道入口与冷却塔211的出水口连通的管路上设置有第五阀门218，双工况主机213的主媒水通道出口与冷却塔211的入水口连通的管路上设置有第六阀门219，三工况主机214的主媒水通道出口与冷却塔211的入水口连通的管路上设置有第七阀门210，三工况主机214的溶液通道出口通过主机溶液泵215连通至主机换热器216的溶液通道入口，主机换热器216的溶液通道出口通过第八阀门200连通至三工况主机214的溶液通道出口，第三支管道184穿过主机换热器216，第四支管道185穿过双工况主机213；

冰媒水系统包括蓄水槽221、融冰换热器222、融冰泵223、第九阀门224以及第十阀门225，三工况主机214的溶液通道出口通过主机溶液泵215和第九阀门224连通至蓄水槽221的溶液通道入口，蓄水槽221的溶液通道出口通过第十阀门225连通至三工况主机214的溶液通道出口，蓄水槽221的融冰通道出口通过融冰泵223与融冰换热器222的融冰通道入口连通，融冰换热器222的融冰通道出口与蓄水槽221的融冰通道入口连通，第五支管道186穿过融冰换热器222；

地媒水系统包括地埋管231、基载机地源泵232、系统地源泵233、第十一阀门234、第十二阀门235、第十三阀门236以及第十四阀门237，地埋管231的出水端与基载机地源泵232的进水端以及系统地源泵233的进水端均连通，基载机地源泵232的出水端以及系统地源泵233的处出水端均连通至双工况主机213的主媒水通道入口和三工况主机214的主媒水通道入口，双工况主机213的主媒水通道出口和三工况主机214的主媒水通道出口均连通至地埋管231的入水端，双工况主机213的主媒水通道入口用于连通基载机地源泵232的出水端以及系统地源泵233的处出水端的管路上设置有第十一阀门234，三工况主机214的主媒水通道入口用于连通基载机地源泵232的出水端以及系统地源泵233的处出水端的管路上设置有第十二阀门235，双工况主机213的主媒水通道出口用于连通地埋管231入水端的管路上设置有第十三阀门236，三工况主机214的主媒水通道出口用于连通地埋管231入水端的管路上设置有第十四阀门237。

该冰蓄冷空调系统工作时主要有5种工况，以下分别对这5种工况进行介绍。

1)三工况机制冰工况

此工况时，第九阀门224打开，蓄冰槽溶液通道与三工况主机214连通，冷却塔211向三工况主机214冷媒水通道内供冷媒水，三工况主机214内将冷媒水制冷并将冷媒水与溶液通道内乙二醇溶液热交换，将乙二醇溶液降温后送给蓄冰槽。在夜间低谷电价期间，可以根据第二天的供冷量开启三工况主机214制一定量的冰，相应的主机溶液泵215开始输送乙二醇溶液流动，经过三工况主机214溶液降温后进入蓄冰槽内，蓄冰槽内盘管壁外的水开始结冰，蓄冰槽内的水位也会升高，当蓄冰槽内冰厚度传感器达到设定值时就会报警，随即停止制冰。

2)三工况主机214制冰、双工况主机213供冷工况

对于夜间低谷电价期间有冷负荷时，需要开启一定数量的双工况主机213来供给，启动相应的基载机循环泵14、基载机地源泵232和系统地源泵233进行供冷。同时根据第二天的负荷需求量开启一定数量的三工况主机214经行制冰，相应的主机溶液泵215开启，驱动乙二醇溶液流动，经过双工况主机213后温度降低，然后进入蓄冰槽，使得管壁外侧水开始结冰，当出现下面5种情况之一时将认为蓄冰工况已经结束：

a.制冰时间：23:00-7:00

b.蓄冰量：20580RTH(由蓄冰槽的荷载式传感器计算)

c.主机进出口温差<2.0℃，且主机进口温度T16<-4.1℃，

d.主机出口温度<-6.1℃

e.冰厚度传感器检测：当冰厚度传感器达到设定值时报警，关闭所属蓄冰槽。

双工况主机213的加机控制根据系统供水温度和机组运行电流百分比p，自动调整双工况主机213的运行台数，减机控制根据回水温度和电流百分比来控制双工况主机213运行台数，达到最佳节能目的。

3)三工况主机214、双工况主机213供冷工况

此种情况下，同时开启三工况主机214和双工况主机213来共同承担建筑冷负荷，根据对第二天空调冷负荷的预测来确定三工况主机214和双工况主机213的开机台数。在三工况主机214供冷时，乙二醇溶液将会通过机组降温后流经板换将空调冷冻水回水冷却至5℃，而双工况主机213则是直接通过机组制冷将冷冻水出水温度控制在6℃左右，空调冷冻水供水温度由主机自动加载或卸载结合主机台数的调节来保证。该

4)融冰单供冷工况

在此工况下，三工况主机214和双工况主机213都不需要供冷，只需要单独由蓄冰槽进行融冰供冷。空调冷冻水回水在流经蓄冰槽后被冷却，同时通过与设定值的比较来控制融冰泵223，为了满足空调冷冻水供水温度为3℃的要求。当冰槽剩余冰量为100RT(可调)时或冰槽出口温度达到4℃(可调)，即判定融冰单供冷结束。

5)联合工况

在此工况下，三工况主机214、双工况主机213和蓄冰槽共同承担建筑冷负荷，空调冷冻水回水主机换热器216和双工况主机213一级降温后进入融冰盘管。通过与设定的温度值比较来调节变频融冰泵223，保证空调冷冻水供水温度为3℃。

为了便于后续实时对冰蓄冷空调系统制冷时消耗的冷负荷进行检测，该冰蓄冷空调系统还包括监测系统，监测系统包括：第一温度传感器、第二温度传感器以及流量计，第一温度传感器设置于集水器11的出口处，以检测集水器11出口处水的温度，第二温度传感器设置与分水器12的出口处，以检测分水器12的出口处水稳定，流量计设置在集水器11与分水器12之间的主管道181上，以检测流入分水器12内水的流量。空调系统制冷时消

耗的冷负荷由以下公式计算：q＝Q×ρ×c×(T₁-T₇)

式中，q为实时空调冷负荷，单位：KW；Q为流量计检测到的流量，单位：m3/h；ρ为水的密度，单位：l*103Kg/m3；C为水的比热，单位：1J/Kg·℃；T₁为第一温度传感器检测的实时温度，单位：℃；T₇为第二温度传感器检测的实时温度，单位：℃。通过该监测系统的设置，实现了对实时对冰蓄冷空调系统制冷时消耗的冷负荷进行监测，便于后续对冰蓄冷空调系统的控制方法优化设计。

实施例2：

本实施例给出了基于实施例1的本发明还提出了一种冰蓄冷空调系统的控制方法的优化方法，包括：

步骤S1：确定影响电费的设备为：三工况主机、双工况主机以及蓄冰槽；

步骤S2：利用三工况主机运行数据拟合其耗电功率关于部分负荷率的函数，其中部分负荷率为实际制冷量与额定制冷量的比值；

步骤S3：利用双工况主机运行数据拟合其耗电功率关于部分负荷率的函数；

步骤S4：利用步骤S2中得到的三工况主机耗电功率关于部分负荷率的函数建立三工况主机供冷的经济模型、利用步骤S3中得到的双工况主机耗电功率关于部分负荷率的函数建立双工况主机供冷的经济模型并建立冰蓄冷系统供冷的经济模型，最终形成稳态经济优化问题的目标函数和约束条件并进行求解，得到三工况主机、双工况主机和蓄冰槽在经济效益最优条件下的启停状态和供冷功率；

步骤S5：在上一步骤的基础上，设计目标耦合的协调分布式预测控制方法重新优化整个冰蓄冷空调系统在每一采样时刻三工况主机、双工况主机以及蓄冰槽的实际制冷量设定值以提高整个系统响应负荷的动态性能；

步骤S6：利用迭代方法求解上述分布式预测控制问题，得到三工况主机、双工况主机以及蓄冰槽每一采样时刻的实际制冷量设定值。

步骤S2中，利用三工况主机运行数据拟合其耗电功率关于部分负荷率的函数的具体步骤：

首先，三工况主机的厂家可以提供部分负荷时运行性能参数如下表所示：

部分负荷率(％)	100	90	80	70	60	50	40	30	20	10
											制冷量(KW)	3573	3216	2858	2251	1715	1125	686	338	137	34
功率百分数(％)	100	90.5	81.2	73.5	67.4	58.9	55.2	50.8	48.1	47.5
											额定耗电功率(KW)	703	636	571	517	474	414	388	357	338	334
EER	5.08	5.06	5.01	4.35	3.62	2.72	1.77	0.95	0.41	0.10

然后，通过上述运行性能参数，通过二次拟合方式得到三工况主机的功率百分数与部分负荷率的关系式：

β₁＝0.5261PLR₁ ²+0.018PLR₁+0.4606

既可以得到三工况主机耗电功率：

P_ck1＝703(0.5261PLR₁ ²+0.018PLR₁+0.4606)

式中，β₁为功率百分数，即部分负荷下三工况主机耗电功率P_k1与额定耗电功率P_chw1的比值；PLR₁为部分负荷率，即三工况主机实际制冷量Q_ck1与额定制冷量CCAP_chw1的比值；

步骤S3中，利用双工况主机运行数据拟合其耗电功率关于部分负荷率的函数的具体步骤：

首先，工况主机的厂家可以提供部分负荷时运行性能参数如下表所示：

部分负荷率(％)	100	90	80	70	60	50	40	30	20	10
											制冷量(KW)	1344	1210	1075	847	645	423	258	127	52	13
功率百分数(％)	100	90.2	80.9	74	66.7	59.3	54.8	51.1	47.8	45.3
											额定耗电功率(KW)	264	238	214	195	176	156	145	135	126	120
EER	5.09	5.08	5.02	4.34	3.67	2.71	1.78	0.94	0.41	0.11

然后，述运行性能参数，通过二次拟合方式得到双工况主机的功率百分数与部分负荷率的关系式：

β₂＝0.472PLR₂ ²+0.0889PLR₂+0.4397

既可以得到双工况主机耗电功率：

P_dk2＝264(0.472PLR₂ ²+0.0889PLR₂+0.4397)

式中，β₂为功率百分数，即部分负荷下双工况主机耗电功率P_k2与额定耗电功率P_chw2的比值；PLR₂为部分负荷率，即双工况主机实际制冷量Q_ck2与额定制冷量CCAP_chw2的比值；

步骤S4中，关系式的由来：

第一、根据能量守恒关系式：

Q＝UAΔT_lm＝Vγc(T_bo-T_bt)

其中，Q为乙二醇载冷剂与冰水之间的换热量，单位：W；U—单位面积载冷剂与冰水之间的传热系数，单位：W/m2K；A—载冷剂与冰水之间的传热面积，单位：m2；ΔT_lm—对数平均温差，单位：K；V—为载冷剂流量，单位：m3/s；γ—载冷剂比重，单位：Kg/m3；C—载冷剂比热，单位：KJ/Kg℃；T_bo—载冷剂进口温度，单位：℃；T_bt—载冷剂出口温度，单位：℃。

第二、其中对数平均温差可用如下公式表示：

式中,T_w为蓄冰过程中蓄冰槽内水温，在相变阶段，近似于水的冰点，即T_w＝0℃，在蓄冰过程中(传热均简化为一维问题)，对于盘管式蓄冰槽，UA的值可用表示如下：

式中，α—盘管内对流换热系数，单位：W/m2K；λ_ice—冰的导热系数，单位：W/m2K；r_int—冰水交界面的冰环管外径，单位：m；L—盘管总长度，单位：m；r_id—盘管内径，单位：m；r_od—盘管外径，单位：m；λ_lw—盘管壁导热系数，单位：W/m K；

第三、对于UA值是一个变量的原因有两方面，一是传热系数的不断改变，另外就是由于冰在蓄冰槽中不断融合，从而导致换热面积的减少。这种情况下。分析蓄冰槽的传热性能就变得很麻烦，也很难来用式子表示出来。由于蓄冰槽的容量一定，则最大融冰速率与这几个因素有关，包括蓄冰槽中剩余冰量X、乙二醇溶液的流量m、蓄冰槽进出口流体温度T等因素，并可以表示为式子：

u_max＝f(T,X,m)

可以认为在融冰的大部分时间内，蓄冰槽进出口平均温度基本稳定，同时我们假设乙二醇泵采用定流量方式运行，这样我们可以对上式公式进行简化处理，将会得到蓄冰槽最大融冰速率变成了只与剩余冰量有关的线性函数，故得到蓄冰槽k时刻的最大融冰速率u_max,k与剩余冷量X_k的关系式：

u_max,k＝dX_k

蓄冰槽k时刻的最大融冰速率u_max,k与剩余冷量X_k的关系式的得到方法：

第一步：得到厂家提供的蓄冰槽性能曲线如图1所示；

第二步，通过图1得到蓄冰槽已融冰供冷量R与时间t的参数点，然后通过最小二乘法拟合得到蓄冰槽已融冰供冷量R与时间t的关系式：

R＝70880(1-exp(-0.468t)

第三步，计算最大融冰速率u_max,k：

u_max,k＝dR/dt＝33171.84exp(-0.468t)

即：

u_max,k＝0.468X_k

步骤S4中，目标函数也就是最低电费minF，计算公式如下：

式中，N为每日的供冷小时数量，Q_ck1为k时刻三工况主机提供的实际制冷量，Q_ck2为k时刻双工况主机提供的实际制冷量，Q_ck3为k时刻蓄冰槽提供的实际制冷量，a_k是三工况主机单位实际制冷量的费用，w_k是双工况主机单位实际制冷量的费用，b_k是蓄冰槽单位实际制冷量的费用；

约束条件：

1)融冷量、余冷量的限制

蓄冰槽的每小时融冰供冷量Q_ck3受到最大融冰供冷能力和蓄冰槽容量的限制，不超过最大融冰速率，余冷量X_k不能大于蓄冰槽容量，也即是：

0≤Q_ck3≤u_max,k

0≤X_k≤SCAP

式中，SCAP为蓄冰槽的标称容量；

2)三工况主机和双工况主机的约束

三工况主机制冷时不能超过该时刻的满载容量，制冰时不超过制冰工况下的额定制冷量；基载机制冷时不能超过该时刻的满载容量，即是：

0≤Q_ck1≤CCAP_chw1

0≤Q_ck2≤CCAP_chw2

0≤Q_ck3≤CCAP_ics

式中，CCAP_ice为三工况主机制冰时额定制冷量；

3)总约束

三工况主机、基载机制冷量和蓄冰槽融冰供冷量之和应满足系统冷负荷要求。

Q_ck1+Q_ck2+Q_ck3＝Q_k

式中，Q_k为该冰蓄冷空调系统的制冷量，其通过测试集水器出口的温度和分水器出口的温度来计算得到。

对于步骤S5和步骤S6为现有技术，这里不再赘述。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (3)

1.一种冰蓄冷空调系统，其特征在于，包括：

制冷水系统，其包括集水器、分水器、制冷水管路、系统循环泵、基载机循环泵、第一阀门、第二阀门以及第三阀门，制冷水管路包括主管道、第一支管道、第二支管道、第三支管道、第四支管道、第五支管道以及第六支管道，第一支管道与第二支管道并联，第三支管道与第四支管道并联，第五支管道与第六支管道并联，第一支管道与第二支管道的并联端、第三支管道与第四支管道的并联端以及第五支管道与第六支管道的并联端依次通过主管道串通形成环状的制冷水管路，集水器与第一支管道与第六支管道之间的主管道前端连通，分水器与第一支管道与第六支管道之间的主管道后前端连通，系统循环泵连通设置于第一支管道上，基载机循环泵连通设置于第二支管道上，第一阀门、第二阀门以及第三阀门分别设置于第三支管道、第五支管道以及第六支管道上；以及

冷媒水系统，其包括主媒水系统、地媒水系统以及冰媒水系统；

主媒水系统包括冷却塔、冷却水泵、双工况主机、三工况主机、主机溶液泵、主机换热器、第四阀门、第五阀门、第六阀门、第七阀门以及第八阀门，冷却塔的出水口通过冷却水泵连通至双工况主机的主媒水通道入口和三工况主机的主媒水通道入口，双工况主机的主媒水通道出口和三工况主机的主媒水通道出口均连通至冷却塔的入水口，双工况主机的主媒水通道入口与冷却塔的出水口连通的管路上设置有第四阀门，三工况主机的主媒水通道入口与冷却塔的出水口连通的管路上设置有第五阀门，双工况主机的主媒水通道出口与冷却塔的入水口连通的管路上设置有第六阀门，三工况主机的主媒水通道出口与冷却塔的入水口连通的管路上设置有第七阀门，三工况主机的溶液通道出口通过主机溶液泵连通至主机换热器的溶液通道入口，主机换热器的溶液通道出口通过第八阀门连通至三工况主机的溶液通道出口，第三支管道穿过主机换热器，第四支管道穿过双工况主机；

冰媒水系统包括蓄水槽、融冰换热器、融冰泵、第九阀门以及第十阀门，三工况主机的溶液通道出口通过主机溶液泵和第九阀门连通至蓄水槽的溶液通道入口，蓄水槽的溶液通道出口通过第十阀门连通至三工况主机的溶液通道出口，蓄水槽的融冰通道出口通过融冰泵与融冰换热器的融冰通道入口连通，融冰换热器的融冰通道出口与蓄水槽的融冰通道入口连通，第五支管道穿过融冰换热器；

地媒水系统包括地埋管、基载机地源泵、系统地源泵、第十一阀门、第十二阀门、第十三阀门以及第十四阀门，地埋管的出水端与基载机地源泵的进水端以及系统地源泵的进水端均连通，基载机地源泵的出水端以及系统地源泵的处出水端均连通至双工况主机的主媒水通道入口和三工况主机的主媒水通道入口，双工况主机的主媒水通道出口和三工况主机的主媒水通道出口均连通至地埋管的入水端，双工况主机的主媒水通道入口用于连通基载机地源泵的出水端以及系统地源泵的处出水端的管路上设置有第十一阀门，三工况主机的主媒水通道入口用于连通基载机地源泵的出水端以及系统地源泵的处出水端的管路上设置有第十二阀门，双工况主机的主媒水通道出口用于连通地埋管入水端的管路上设置有第十三阀门，三工况主机的主媒水通道出口用于连通地埋管入水端的管路上设置有第十四阀门。

2.根据权利要求1所述的冰蓄冷空调系统，其特征在于，还包括监测系统，监测系统包括：第一温度传感器、第二温度传感器以及流量计，第一温度传感器设置于集水器的出口处，以检测集水器出口处水的温度，第二温度传感器设置与分水器的出口处，以检测分水器的出口处水稳定，流量计设置在集水器与分水器之间的主管道上，以检测流入分水器内水的流量。

3.一种如权利要求1所述的冰蓄冷空调系统的控制方法的优化方法，其特征在于，包括：

步骤S1：确定影响电费的设备为：三工况主机、双工况主机以及蓄冰槽；

步骤S2：利用三工况主机运行数据拟合其耗电功率关于部分负荷率的函数，其中部分负荷率为实际制冷量与额定制冷量的比值；

步骤S3：利用双工况主机运行数据拟合其耗电功率关于部分负荷率的函数；

步骤S4：利用步骤S2中得到的三工况主机耗电功率关于部分负荷率的函数建立三工况主机供冷的经济模型、利用步骤S3中得到的双工况主机耗电功率关于部分负荷率的函数建立双工况主机供冷的经济模型并建立冰蓄冷系统供冷的经济模型，最终形成稳态经济优化问题的目标函数和约束条件并进行求解，得到三工况主机、双工况主机和蓄冰槽在经济效益最优条件下的启停状态和供冷功率；

步骤S5：在上一步骤的基础上，设计目标耦合的协调分布式预测控制方法重新优化整个冰蓄冷空调系统在每一采样时刻三工况主机、双工况主机以及蓄冰槽的实际制冷量设定值以提高整个系统响应负荷的动态性能；

步骤S6：利用迭代方法求解上述分布式预测控制问题，得到三工况主机、双工况主机以及蓄冰槽每一采样时刻的实际制冷量设定值。