CN107763799A - 一种建筑空调柔性控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种建筑空调柔性控制系统，该双层优化系统由连接在通讯网络上的上层优化子系统和下层优化子系统构成，上层优化子系统包括制冷器、时钟单元、温度监控单元、控制处理单元、无线传输单元和蓄热单元，下层优化子系统包括冷水机组、功率监控单元和无线通讯单元；上层优化子系统以分时电价信息设定时钟单元，根据室内外温度变化对室内环境进行实时调节，实现动态优化控制室内温度，兼顾用户用电费用和舒适度，下层优化子系统检测冷水机组的总能耗量，并根据各机组性能差异以COP最优化算法，在系统负荷一定的条件下计算出最大化冷水机组群的 COP 值，使得冷水机组处于最优运行状态，从而提高系统性能，达到能效最优。

Description

一种建筑空调柔性控制系统

技术领域

本发明涉及一种空调系统，特别是一种建筑空调柔性控制系统。

背景技术

当前，空调系统耗电量在办公建筑总能耗的比重越来越大，而使用人员对空调的运用通常只局限于单纯开关控制和温度设定，普通空调设备也仅具有空调定时制冷等基本功能，使得空调在工作过程中一直保持固定的运行方式和功率制冷，缺乏合理的运用，导致空调的用电效率低下、能耗高。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种智能调节室内设定温度、兼顾用户用电费用和用户舒适度的建筑空调柔性控制系统。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种建筑空调柔性控制系统，该系统由连接在通讯网络上的上层优化子系统和下层优化子系统构成，所述上层优化子系统包括调节室内环境温度的制冷器、用于设定预冷时间和时间计量的时钟单元、监控室内外环境温度以及设定制冷器制冷温度的温度监控单元、收集处理系统信息以及计算冷负荷量与COP值的控制处理单元、用于接入通讯网络并实现与下层优化子系统进行信息交换的无线传输单元和调节室内环境温度的蓄热单元；所述下层优化子系统包括实现系统循环制冷功能的冷水机组、监控调节各冷水机组负载率的功率监控单元和用于接入通讯网络并实现与上层优化子系统的信息交换的无线通讯单元。

该系统优化控制流程如下：

（1）、根据分时电价设定制冷温度、预冷时间段和工作时间段；

（2）、控制处理单元计算制冷器冷负荷量，并根据预冷时间段和工作时间段通过蓄热单元的储能特性进行空调预冷；

（3）、控制处理单元通过无线传输单元接入通讯网络，发送冷负荷量至功率监控单元；

（4）、功率监控单元根据冷负荷量对冷水机组进行负载率分配；

（5）、功率监控单元将采集冷水机组总能耗与负荷量通过无线通讯单元接入通讯网络发送至控制处理单元；

（6）、控制处理单元根据总能耗与负荷量计算出冷水机组的 COP 值，调节各冷水机组的运行状态。

所述预冷时间段为低电价时段，所述工作时间段为高电价时段。

所述空调预冷通过所述蓄热单元的蓄热物质在预冷时间段内预冷蓄热物质，在工作时间段内通过蓄热单元和制冷器对室内进行联合制冷。

所述控制处理单元通过粒子群优化算法计算冷负荷量和COP值。

本发明的有益效果是：本发明由连接在通讯网络上的上层优化子系统和下层优化子系统构成，上层优化子系统包括制冷器、时钟单元、温度监控单元、控制处理单元、无线传输单元和蓄热单元，下层优化子系统包括冷水机组、功率监控单元和无线通讯单元；上层优化子系统以分时电价信息设定时钟单元，根据室内外温度变化对室内环境进行实时调节，实现动态优化控制室内温度，兼顾用户用电费用和舒适度，下层优化子系统检测冷水机组的总能耗量，并根据各机组性能差异以COP最优化算法在系统负荷一定的条件下计算出最大化冷水机组群的 COP 值，使得冷水机组处于最优运行状态，从而提高系统性能，达到能效最优。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明的系统结构示意图；

图2是本实施例的冷负荷量和COP值计算流程图。

具体实施方式

参照图1，一种建筑空调柔性控制系统，该双层优化系统由连接在通讯网络上的上层优化子系统和下层优化子系统构成，所述上层优化子系统包括调节室内环境温度的制冷器、用于设定预冷时间和时间计量的时钟单元、监控室内外环境温度以及设定制冷器制冷温度的温度监控单元、收集处理系统信息以及计算冷负荷量与COP值（制冷效率）的控制处理单元、用于接入通讯网络并实现与下层优化子系统进行信息交换的无线传输单元和调节室内环境温度的蓄热单元；所述下层优化子系统包括实现系统循环制冷功能的冷水机组、监控调节各冷水机组负载率的功率监控单元和用于接入通讯网络并实现与上层优化子系统的信息交换的无线通讯单元。

该系统优化控制流程如下：

（1）、根据分时电价设定制冷温度、预冷时间段和工作时间段；

（2）、控制处理单元计算制冷器冷负荷量，并根据预冷时间段和工作时间段通过蓄热单元的储能特性进行空调预冷；

（3）、控制处理单元通过无线传输单元接入通讯网络，发送冷负荷量至功率监控单元；

（4）、功率监控单元根据冷负荷量对冷水机组进行负载率分配；

（5）、功率监控单元将采集冷水机组总能耗与负荷量通过无线通讯单元接入通讯网络发送至控制处理单元；

（6）、控制处理单元根据总能耗与负荷量计算出冷水机组的 COP 值，调节各冷水机组的运行状态。

上层优化子系统基于热平衡原理建立空调室内系统模型，以蓄热单元的内蓄热物质作用为核心，在分时电价环境下优化空调系统的设定温度和预冷时间，在下层优化子系统中，结合上层优化子系统的空调的冷负荷量，考虑冷水机组的性能差异，通过功率监控单元对冷水机组负载率进行优化分配，以提高整个空调系统的性能系数，上层优化子系统优先做出决策，通过温度监控单元设定温度以改变冷负荷量，影响下层优化子系统，下层优化子系统在上层优化子系统决策信息的基础上根据目标与约束作出响应，并将最佳响应反馈给上层优化子系统，通过上下层优化子系统之间的往复迭代调节，最终实现双层柔性控制最优化。

所述预冷时间段为低电价时段，所述工作时间段为高电价时段，电价具体时间段参考当地政策规定的收费时段，所述空调预冷通过所述蓄热单元的蓄热物质在预冷时间段内进行预冷，降低蓄热物质的温度，在工作时间段内通过蓄热单元和制冷器对室内进行联合制冷，能满足室内的冷量、充分利用电力资源的同时兼顾用户用电费用和用电舒适度。

参照图2，所述控制处理单元通过粒子群优化算法计算冷负荷量和COP值，计算流程如下：

步骤10：控制处理单元读取室内外温度、冷水机组功率参数和人工输入的建筑物参数；

步骤20：设上层粒子群数为Kmas，上层迭代次数为K，K值为1；

步骤30：设下层粒子群数为Lmas，下层迭代次数为L，L值为1；步骤40：随机初始化室内和冷水机房的粒子速度和位置；

步骤50：计算室内每个粒子的冷负荷量；

步骤60：计算冷水机房每个粒子满足冷负荷量需求的COP值；

步骤70：寻找冷水机房的粒子个体最优位置和全体最优位置；

步骤80：根据冷水机房的粒子个体最优位置、全体最优位置以及粒子群目标函数计算出室内每个粒子的适应度；

步骤90：寻找室内的粒子个体最优位置和全体最优位置，执行步骤110和步骤120；

步骤110：令L=L+1，更新冷水机房的粒子速度和位置，对越限变量进行限制；

步骤111：如果L大于等于Lmas，则执行步骤112，否则计算冷水机房每个粒子满足冷负荷量需求的COP值；

步骤112；控制处理单元输出最优COP值；

步骤120：令K=K+1，更新室内的粒子速度和位置，对越限变量进行限制；

步骤121：如果K大于等于Kmas，则执行步骤122，否则计算室内每个粒子的冷负荷量；

步骤122：控制处理单元输出冷负荷量。

上层优化子系统以分时电价信息设定时钟单元，根据室内外温度变化对室内环境进行实时调节，实现动态优化控制室内温度，兼顾用户用电费用和舒适度；下层优化子系统检测冷水机组的总能耗量，并根据各机组性能差异以COP最优化算法，在系统负荷一定的条件下计算出最大化冷水机组群的 COP 值，使得冷水机组处于最优运行状态，从而提高系统性能，达到能效最优。

以上的实施方式不能限定本发明创造的保护范围，专业技术领域的人员在不脱离本发明创造整体构思的情况下，所做的均等修饰与变化，均仍属于本发明创造涵盖的范围之内。

Claims (5)

1.一种建筑空调柔性控制系统，其特征在于该系统由连接在通讯网络上的上层优化子系统和下层优化子系统构成，所述上层优化子系统包括调节室内环境温度的制冷器、用于设定预冷时间和时间计量的时钟单元、监控室内外环境温度以及设定制冷器制冷温度的温度监控单元、收集处理系统信息以及计算冷负荷量与COP值的控制处理单元、用于接入通讯网络并实现与下层优化子系统进行信息交换的无线传输单元和调节室内环境温度的蓄热单元；所述下层优化子系统包括实现系统循环制冷功能的冷水机组、监控调节各冷水机组负载率的功率监控单元和用于接入通讯网络并实现与上层优化子系统的信息交换的无线通讯单元。

2.根据权利要求1所述的建筑空调柔性控制系统，其特征在于该系统优化控制流程如下：

（1）、根据分时电价设定制冷温度、预冷时间段和工作时间段；

（2）、控制处理单元计算制冷器冷负荷量，并根据预冷时间段和工作时间段通过蓄热单元的储能特性进行空调预冷；

（3）、控制处理单元通过无线传输单元接入通讯网络，发送冷负荷量至功率监控单元；

（4）、功率监控单元根据冷负荷量对冷水机组进行负载率分配；

（5）、功率监控单元将采集冷水机组总能耗与负荷量通过无线通讯单元接入通讯网络发送至控制处理单元；

（6）、控制处理单元根据总能耗与负荷量计算出冷水机组的 COP 值，调节各冷水机组的运行状态。

3.根据权利要求2所述的建筑空调柔性控制系统，其特征在于所述预冷时间段为低电价时段，所述工作时间段为高电价时段。

4.根据权利要求3所述的建筑空调柔性控制系统，其特征在于所述空调预冷通过所述蓄热单元的蓄热物质在预冷时间段内预冷蓄热物质在工作时间段内通过蓄热单元和制冷器对室内进行联合制冷。

5.据权利要求2所述的建筑空调柔性控制系统，其特征在于所述控制处理单元通过粒子群优化算法计算冷负荷量和COP值，计算流程如下：

步骤10：控制处理单元读取室内外温度、冷水机组功率参数和人工输入的建筑物参数；

步骤20：设上层粒子群数为Kmas，上层迭代次数为K，K值为1；

步骤30：设下层粒子群数为Lmas，下层迭代次数为L，L值为1；

步骤40：随机初始化室内和冷水机房的粒子速度和位置；

步骤50：计算室内每个粒子的冷负荷量；

步骤60：计算冷水机房每个粒子满足冷负荷量需求的COP值；

步骤70：寻找冷水机房的粒子个体最优位置和全体最优位置；

步骤80：根据冷水机房的粒子个体最优位置、全体最优位置以及粒子群目标函数计算出室内每个粒子的适应度；

步骤90：寻找室内的粒子个体最优位置和全体最优位置，执行步骤110和步骤120；

步骤110：令L=L+1，更新冷水机房的粒子速度和位置，对越限变量进行限制；

步骤111：如果L大于等于Lmas，则执行步骤112，否则计算冷水机房每个粒子满足冷负荷量需求的COP值；

步骤112；控制处理单元输出最优COP值；

步骤120：令K=K+1，更新室内的粒子速度和位置，对越限变量进行限制；

步骤121：如果K大于等于Kmas，则执行步骤122，否则计算室内每个粒子的冷负荷量；

步骤122：控制处理单元输出冷负荷量。