CN113297812A - 一种多机头变频离心式冷水机组能效寻优控制算法 - Google Patents

一种多机头变频离心式冷水机组能效寻优控制算法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种多机头变频离心式冷水机组能效寻优控制算法，包括以下步骤：S1：通过机组控制器得到当前实时的变频离心式压缩机运行数量及各压缩机的运行参数；S2：将S1中所述运行参数代入耦合计算数学模型，求得机组当前制冷量、总吸气量及运行压缩比；S3：通过等熵效率数学模型计算出；S2：中所述运行压缩比下最佳等熵效率及相应的吸气量；S4：通过等熵效率数学模型计算出等熵效率最高的变频离心式压缩机组合运行方案，作为冷水机组最优运行策略；S5：选择S4中冷水机组最优运行策略所对应的变频离心式压缩机的型号、数量及运行参数。本发明算法可达到能效寻优，有效提高机组的部分负荷能效，降低机组运行能耗和运行费用。

Description

一种多机头变频离心式冷水机组能效寻优控制算法
技术领域
本发明属于制冷机械技术领域，尤其是涉及一种多机头变频离心式冷水机组能效寻优控制算法。
背景技术
变频离心式冷水机组在中央空调领域应用逐渐广泛，随着技术的发展，每台机组由多台离心压缩机来组合以实现更大的制冷量和更宽广的能量调节范围，已得到广泛的认可。
当单台机组上配置数量大于两台以上的离心压缩机时，传统技术对于这些压缩机运行的控制策略主要为三种：第一种为同增同减，当冷量需求变化时，所有变频离心式压缩机同步增载或减载；第二种为先启动并逐渐加载一台变频离心式压缩机直至满载，当冷量需求继续增加时，再启动第二台变频离心式压缩机，待该台变频离心式压缩机满载后，若还有冷量需求，则再启动第三台变频离心式压缩机，以此类推。当冷量需求较低时，先持续减载一台变频离心式压缩机直至停机，其余变频离心式压缩机则仍满载运行，之后根据冷量需求继续减载第二台变频离心式压缩机。第三种为根据水温目标启动全部变频离心式压缩机，所有已启动的变频离心式压缩机随着冷量需求的变化同增同减。当冷量需求较低时，所有运行的变频离心式压缩机同步减载直至减载至最低容量时，若冷量需求还继续降低，则关闭一台变频离心式压缩机(通常为运行时间较长者)，剩余的变频离心式压缩机以同样的容量运行。
常规的多机头变频离心式冷水机组运行策略主要从降低变频离心式压缩机启动和关闭时的压比等可靠性方面进行优化，并未根据变频离心式压缩机在变工况变负载时效率曲线，以机组最优能效为目标进行控制策略优化。在实际使用中，冷水机组通常97％以上的时间处于部分负荷运行，通过改善多机头变频离心式冷水机组的运行策略可有效提高机组的部分负荷能效，从而降低机组运行能耗和运行费用，因此具有显著的社会和经济价值。
发明内容
本发明为了克服现有技术的不足，提供一种的多机头变频离心式冷水机组能效寻优控制算法。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种多机头变频离心式冷水机组能效寻优控制算法，该冷水机组至少包括变频离心式压缩机及机组控制器，其特征在于，所述能效寻优控制算法包括以下步骤：
S1：通过机组控制器得到当前实时的变频离心式压缩机运行数量及各压缩机的运行参数；
S2：将S1中所述运行参数代入耦合计算数学模型，得出机组当前制冷量、总吸气量及运行压缩比；
S3：通过等熵效率数学模型计算出S2中所述运行压缩比下最佳等熵效率及相应的吸气量；
S4：通过等熵效率数学模型计算出等熵效率最高的变频离心式压缩机组合运行方案，作为冷水机组最优运行策略；所述S4的具体步骤为：
Ⅰ通过等熵效率数学模型，模拟计算出采取不同变频离心式压缩机组合运行方案时各变频离心式压缩机的等熵效率；
Ⅱ计算出不同变频离心式压缩机组合运行方案时各压缩机的吸气量；
Ⅲ计算出不同变频离心式压缩机组合运行方案时机组的制冷量及制冷能效；
Ⅳ当组合运行方案中压缩机输入功率小于压缩机允许最大功率，则执行以下步骤。
S5：从各组合运行方案中判别出冷水机组最优运行策略，并选择最优运行策略所对应的变频离心式压缩机的型号、数量。
可选的，所述S1中运行参数至少包括每个压缩机吸气口压力及吸气口温度、每个压缩机排气口压力及排气口温度、每个压缩机的输入功率、每个压缩机运行转速及每个压缩机进口导叶开度百分比。
可选的，所述S2中机组当前制冷量及总吸气量的获取步骤为：将S1中所述运行参数代入耦合计算数学模型，得出每个变频离心式压缩机的当前制冷量及当前吸气量，将当前制冷量与当前压缩机运行数量相乘以得到机组当前制冷量，将当前吸气量与当前压缩机运行数量相乘以得到机组当前总吸气量。
可选的，所述S2中耦合计算数学模型内嵌于机组控制器中。
可选的，所述S2中耦合计算数学模型依据对变频离心式压缩机CFD计算流体仿真分析及实验测试的数据积累，且该耦合计算数学模型建立变频离心式压缩机制冷量、实际功率、制冷能效及等熵效率分别与各运行参数之间的联系。
可选的，所述S3中等熵效率数学模型内嵌于机组控制器中。
可选的，所述S3中等熵效率数学模型由CFD计算流体仿真分析和实验测试的数据积累而形。
综上所述，本发明通过根据机组当前制冷量、总吸气量及运行压缩比，采用等熵效率数学模型，根据不同变频离心式压缩机组合运行方案时各压缩机的转速、吸气量、输入功率和等熵效率，进而计算当各压缩机输入功率小于等于压缩机最大功率时，不同组合运行方案时机组的制冷量和制冷能效，根据满足机组当前制冷量的同时，制冷能效最高的原则得到压缩机最优组合运行方案，确定该组合运行方案所对应的各运行变频离心式压缩机的型号和数量，从而达到能效寻优，可有效提高机组的部分负荷能效，降低机组运行能耗和运行费用。
附图说明
图1为本发明中能效寻优控制算法的流程图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好的理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。
如图1所示，一种多机头变频离心式冷水机组能效寻优控制算法，该冷水机组至少包括变频离心式压缩机及机组控制器，本发明针对配置数量大于两台以上的变频离心式压缩机的单台冷水机组，为提升机组运行能效，特别是部分负荷时的运行能效，降低冷水机组全年运行能耗。
为实现对变频离心式压缩机的数据分析，通过对变频离心式压缩机CFD计算流体仿真分析和实验测试的数据积累，分别建立变频离心式压缩机制冷量、实际功率、制冷能效、等熵效率与吸气温度、蒸发压力、冷凝压力、压缩比、输入功率、运行转速和体积流量等各运行参数之间的耦合计算数学模型。
所述能效寻优控制算法包括以下步骤：
步骤1：通过机组与各变频离心式压缩机之间的通讯协议，机组控制器得到当前实时的变频离心式压缩机运行数量、每个压缩机吸气口压力及吸气口温度、每个压缩机排气口压力及排气口温度、每个压缩机的输入功率、每个压缩机运行转速及每个压缩机进口导叶(IGV)开度百分比。
步骤2：将步骤1所得各参数代入内嵌于机组控制器的耦合计算数学模型中进行耦合计算，得出每个变频离心式压缩机的当前制冷量、当前吸气量，并与当前压缩机运行数量相乘，求得机组当前制冷量及总吸气量。
步骤3：通过步骤1所得的各变频离心式压缩机的排气口压力和吸气口压力，计算机组当前运行压缩比，根据机组控制器内嵌的由CFD计算流体仿真分析和实验测试的数据积累而形成的等熵效率数学模型，计算出各变频离心式压缩机在该运行压缩比下的最佳等熵效率及所对应的吸气量。
步骤4：根据机组当前制冷量、总吸气量及运行压缩比，采用前述等熵效率数学模型，再采用机组当前总吸气量与不同变频离心式压缩机组合运行方案时的运行数量相除，得到不同组合运行方案时各压缩机的等熵效率和吸气量，最后计算出不同变频离心式压缩机组合运行方案时机组的制冷量、输入功率和制冷能效；通过对输入功率是否超过压缩机允许最大输入功率以及制冷量是否满足当前制冷量需求的判断，选择输入功率小于压缩机允许最大功率，等熵效率最高的变频离心式压缩机组合运行方案作为冷水机组运行策略，使冷水机组选择较高等熵效率对应的压缩机型号和数量来运行，实现制冷能效最高的原则得到压缩机最优组合运行方案。
步骤5：机组控制器根据压缩机最优组合运行方案对当前的压缩机的型号、运行数量及运行参数进行调整，如此反复进行，使冷水机组输出相同制冷量的同时，也运行在制冷能效最高点上，从而达到能效寻优，降低机组运行能耗和运行费用。
以上所述的实施方式，并不构成对该技术方案保护范围的限定。任何在上述实施方式的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在该技术方案的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种多机头变频离心式冷水机组能效寻优控制算法，该冷水机组至少包括变频离心式压缩机及机组控制器，其特征在于，所述能效寻优控制算法包括以下步骤：
S1：通过机组控制器得到当前实时的变频离心式压缩机运行数量及各压缩机的运行参数；
S2：将S1中所述运行参数代入耦合计算数学模型，得出机组当前制冷量、总吸气量及运行压缩比；
S3：通过等熵效率数学模型计算出S2中所述运行压缩比下最佳等熵效率及相应的吸气量；
S4：通过等熵效率数学模型计算出等熵效率最高的变频离心式压缩机组合运行方案，作为冷水机组最优运行策略；所述S4的具体步骤为：
Ⅰ通过等熵效率数学模型，模拟计算出采取不同变频离心式压缩机组合运行方案时各变频离心式压缩机的等熵效率；
Ⅱ计算出不同变频离心式压缩机组合运行方案时各压缩机的吸气量；
Ⅲ计算出不同变频离心式压缩机组合运行方案时机组的制冷量及制冷能效；
Ⅳ当组合运行方案中压缩机输入功率小于压缩机允许最大功率，则执行以下步骤。
S5：从各组合运行方案中判别出冷水机组最优运行策略，并选择最优运行策略所对应的变频离心式压缩机的型号、数量。
2.根据权利要求1所述的一种多机头变频离心式冷水机组能效寻优控制算法，其特征在于：所述S1中运行参数至少包括每个压缩机吸气口压力及吸气口温度、每个压缩机排气口压力及排气口温度、每个压缩机的输入功率、每个压缩机运行转速及每个压缩机进口导叶开度百分比。
3.根据权利要求1所述的一种多机头变频离心式冷水机组能效寻优控制算法，其特征在于：所述S2中机组当前制冷量及总吸气量的获取步骤为：将S1中所述运行参数代入耦合计算数学模型，得出每个变频离心式压缩机的当前制冷量及当前吸气量，将当前每台压缩机的制冷量与当前压缩机运行数量相乘以得到机组当前制冷量，将当前吸气量与当前压缩机运行数量相乘以得到机组当前总吸气量。
4.根据权利要求1所述的一种多机头变频离心式冷水机组能效寻优控制算法，其特征在于：所述S2中耦合计算数学模型内嵌于机组控制器中。
5.根据权利要求1所述的一种多机头变频离心式冷水机组能效寻优控制算法，其特征在于：所述S2中耦合计算数学模型依据对变频离心式压缩机CFD计算流体仿真分析及实验测试的数据积累而形成，且该耦合计算数学模型建立变频离心式压缩机制冷量、实际功率、制冷能效及等熵效率分别与各运行参数之间的联系。
6.根据权利要求1所述的一种多机头变频离心式冷水机组能效寻优控制算法，其特征在于：所述S3中等熵效率数学模型内嵌于机组控制器中。
7.根据权利要求1所述的一种多机头变频离心式冷水机组能效寻优控制算法，其特征在于：所述S3中等熵效率数学模型由CFD计算流体仿真分析和实验测试的数据积累而形成。
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