CN115823706A - 一次泵自适应变压差节能控制系统及方法 - Google Patents

一次泵自适应变压差节能控制系统及方法 Download PDF

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CN115823706A CN202310163331.6A CN202310163331A CN115823706A CN 115823706 A CN115823706 A CN 115823706A CN 202310163331 A CN202310163331 A CN 202310163331A CN 115823706 A CN115823706 A CN 115823706A
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Abstract

本发明提供了一种一次泵自适应变压差节能控制系统及方法，属于中央空调系统自动控制调节领域。在中央控制器的综合控制下，本发明以末端送风温度与末端电动调节水阀开度作为参考变量调整干管压差设定值，在保证末端供冷的能力的前提下，能够降低管网的流体输配阻力，指导冷冻水泵变流量运行，实现节能目的；在此基础上，本发明还提出了系统运行稳态评价指标，在系统完成动态调整后，通过建立并联冷冻水泵能耗优化模型并求解，根据输出结果控制冷冻水泵的启停与频率，实现最低能耗运行。本发明兼顾了舒适性与节能性，能根据末端负荷需求自适应调整压差设定值，具有较好的鲁棒性。

Description

一次泵自适应变压差节能控制系统及方法
技术领域
本发明属于中央空调系统自动控制调节领域，尤其涉及一次泵自适应变压差节能控制系统及方法。
背景技术
根据《2020中国建筑能耗研究报告》，2018年建筑运行阶段能耗占全国能源总消耗量的比重达21.7%。公共建筑面积仅为建筑总面积的19%，能耗占比高达38.3%，单位面积能耗是城镇居住建筑的2倍以上。在公共建筑能耗中，中央空调系统能耗占比高达30%~60%，其中制冷机房的能耗（冷机+冷冻泵+冷却泵+冷却塔）占比约60%~70%，具备较大的节能潜力。由于中央空调系统是根据最大负荷需求设计的，且存在较大的设计冗余，然而空调系统实际运行中大多数时间处于部分负荷工况，造成冷源设备选型偏大，可调性偏差，设备运行能效偏低，产生大量不必要的能源浪费。
随着制冷主机变流量技术的发展，一次泵变流量系统在中央空调冷冻水系统中的应用逐渐普及，上述问题得到了解决。但是，在常规的变流量系统中，水泵采用压差控制调节，压差控制点设置在供回水干管上或最不利用户支路上，压差设定值恒定。当用户负荷需求变化时，用户支路上的电动调节阀调整开度以改变冷冻水流量，使得空调箱的送风温度维持在设定值。阀位的变化导致管网阻力特性改变，为维持干管压差恒定，水泵调整转速从而调整流量与扬程，达到新的供需平衡。在部分负荷工况下，用户的需求水量下降，干管压差恒定导致富余的压头由末端调节阀通过减小开度的方式消耗掉，造成了不必要的能源浪费。基于此，本发明设计了采用压差设定值响应末端负荷变化而自适应设定的方案，预计将能节约25%以上的水泵能耗。
现有技术1（CN103994554A）公开了一种空调用变压差控制装置、方法及系统，其依据最不利末端的阀门开度来调整压差设定值，但由于末端用户的负荷并非一致性变化，即最不利支路的位置是变化的，因而其所公开的方案难以满足实际应用需求，并且该现有技术也未提出压差设定值更新计算方法。
现有技术2（CN112254320B）公开了一种基于AI的空调变流量水系统自适应变压差控制方法，利用AI技术构建负荷预测模型，利用历史运行数据库获得末端设备的最大供回水温差，确定末端需求水流量，代入的所有末端阀门全开时控制压差值-末端流量的对应数据库，并取最大控制压差值作为设定压差，但是负荷预测技术只适用于特定场景，多数场景下，负荷受到室内人员活动影响波动很大，难以精准预测，并且该方案需要依托强大的算力，应用场景受限。
现有技术3（CN112254237B）公开了一种空调循环水系统变压差控制系统，基于大量的实际运行数据，采用随机森林法进行模型训练，拟合供回水压差实测值与冷冻水流量的特征关系，从而获得压差设定值算法模型，需要依托大量的实际运行数据提高模型的精度，在项目运行的初期难以运用。
由此可见，目前现有的变压差控制方案，不适用于末端负荷非一致变化的情况，也未考虑系统动态调整过程送风温度偏差对用户侧舒适性的不利影响，而基于实际运行数据应用机器学习算法的变压差设定方案，需要基于海量的运行数据和强大的算力，难以推广。
基于上述问题，本发明提出了一种一次泵自适应变压差节能控制系统及方法，考虑了末端送风温度与阀门开度，兼顾了用户的舒适性与系统的节能性，基于PI控制调整压差设定值，并提出水泵群组能耗优化算法，控制水泵的启停与运行频率，具有更优的节能性和适用性。
发明内容
针对现有技术中存在不足，本发明提供了一种一次泵自适应变压差节能控制系统及方法，有效解决了传统变压差控制方法中存在的未考虑送风温度偏差、推广困难等问题。
本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。
一次泵自适应变压差节能控制系统，包括中央控制器以及由中央控制器控制的水系统管网，中央控制器中包含有参数辨识模块、DP设定值优化模块、旁通调节模块、水泵PID变频模块、水泵群组能耗优化模块；
水系统管网包括制冷主机、冷冻水泵、稳压设备、分水器、集水器、静态平衡阀、空调箱、电动调节水阀；多个制冷主机以及多个冷冻水泵均分别并联后再相互连接，冷冻水泵支路供水管、冷冻水泵支路回水管上分别安装有第三压力传感器、第四压力传感器，每条制冷主机支路上均安装有一流量计，稳压设备与集水器连接，分水器、集水器上分别安装有第一压力传感器、第二压力传感器，水系统管网中每条用户支路上的空调箱两侧分别安装静态平衡阀和电动调节水阀，空调箱的送风侧安装有温度传感器。
利用上述的一次泵自适应变压差节能控制系统的一次泵自适应变压差节能控制方法，包括如下过程：
步骤1：对水系统管网进行水力平衡调试；
步骤2：利用DP设定值优化模块识别考虑送风温度偏差与电动调节水阀开度偏差的综合最不利支路，记为M支路；
步骤3：利用DP设定值优化模块将电动调节水阀开度转换为阻抗，基于M支路的送风温度偏差以及阻抗偏差，自适应调整干管压差设定值；
步骤4：DP设定值优化模块采集第一压力传感器、第二压力传感器监测的数据，作差计算得到干管压差监测值，然后将干管压差监测值以及步骤3得到的干管压差设定值输入到水泵PID变频模块中，水泵PID变频模块输出频率控制信号至冷冻水泵变频器，调整冷冻水泵转速，实现变流量运行；
步骤5：中央控制器进行系统稳态评价，当水系统管网的负荷侧与冷源测均处于相对稳定状态时，进入步骤6；
步骤6：参数辨识模块建立并联冷冻水泵群组能耗优化模型，水泵群组能耗优化模块根据用户侧的压力流量需求，以总能耗为优化目标求解，指导并联冷冻水泵群组最低能耗运行。
进一步地，所述步骤6中，并联冷冻水泵群组能耗优化模型建立过程如下：
步骤6.1：并联冷冻水泵群组共包含
Figure SMS_1
条水泵支路，参数辨识模块根据采集的各冷冻水泵的启停状态、流量、扬程，采用下式建立各台冷冻水泵的性能模型：
Figure SMS_2
Figure SMS_3
Figure SMS_4
式中，
Figure SMS_8
、
Figure SMS_11
、
Figure SMS_15
、
Figure SMS_6
、
Figure SMS_10
分别表示冷冻水泵
Figure SMS_14
在
Figure SMS_18
时刻的流量、扬程、频率、效率、功率；
Figure SMS_5
、
Figure SMS_9
、
Figure SMS_13
均为流量-扬程特性曲线中的性能参数，
Figure SMS_17
、
Figure SMS_7
、
Figure SMS_12
均为流量-效率特性曲线中的性能参数；
Figure SMS_16
表示额定频率；
步骤6.2：水泵群组能耗优化模块采集第三压力传感器以及第四压力传感器监测到的数据，作差计算得到冷冻水泵支路压差
Figure SMS_19
；然后，参数辨识模块根据流量计采集的各制冷主机支路的流量，求和计算得到干管流量，即为冷冻水泵的目标流量
Figure SMS_20
；
步骤6.3：建立如下所示的并联冷冻水泵群组能耗优化模型：
Figure SMS_21
Figure SMS_22
Figure SMS_23
Figure SMS_24
式中，
Figure SMS_29
表示
Figure SMS_26
时刻并联冷冻水泵群组的总功率；
Figure SMS_35
表示
Figure SMS_32
时刻水泵启停切换产生的水力动态失调对系统造成的损失；
Figure SMS_36
、
Figure SMS_27
为能耗目标权重系数与损失目标权重系数；
Figure SMS_38
为运算符不等于，表示左边不等于右边，则为1，否则为0；
Figure SMS_31
表示冷冻水泵
Figure SMS_40
在
Figure SMS_25
时刻的启停状态；
Figure SMS_34
表示冷冻水泵安全稳定运行的最低频率；
Figure SMS_33
表示冷冻水泵
Figure SMS_37
的额定容量；
Figure SMS_30
表示约束条件；
Figure SMS_39
表示冷冻水泵
Figure SMS_28
对应的水泵支路的阻抗。
进一步地，所述步骤6中，水泵群组能耗优化模块求解并联冷冻水泵群组能耗优化模型后得到并联冷冻水泵群组的总功率
Figure SMS_41
，然后将
Figure SMS_42
与当前并联冷冻水泵群组能耗优化前的实际总功率
Figure SMS_43
进行对比，判断是否满足下式表示的判定条件：
Figure SMS_44
式中，
Figure SMS_45
表示能耗节约鲁棒区；
若不满足，则并联冷冻水泵群组不做调整；
若满足，水泵PID变频模块的输出端口关闭，水泵群组能耗优化模块下发并联冷冻水泵群组的启停与运行频率指令至冷冻水泵变频器，直接控制各冷冻水泵，实现最低能耗运行。
进一步地，所述步骤2的具体过程如下：
首先，DP设定值优化模块采集温度传感器检测到的空调箱送风温度、采集电动调节水阀的阀门开度，制冷工况下，利用下式计算各用户支路的综合最不利度：
Figure SMS_46
制热工况下，利用下式计算各用户支路的综合最不利度：
Figure SMS_47
式中，
Figure SMS_49
表示用户支路
Figure SMS_53
的综合最不利度，
Figure SMS_57
表示当前时刻；
Figure SMS_50
、
Figure SMS_54
均表示权重系数；
Figure SMS_58
表示
Figure SMS_61
时刻用户支路
Figure SMS_48
上的电动调节水阀的阀门开度；
Figure SMS_52
、
Figure SMS_56
分别表示
Figure SMS_60
时刻用户支路
Figure SMS_51
上的空调箱的实际送风温度、设定送风温度；
Figure SMS_55
表示用户支路
Figure SMS_59
上的送风温度控制死区；
然后，选择综合最不利度最大的用户支路作为参考支路，记作m1，当m1不唯一时，则从m1中筛选出电动调节水阀阀门开度最大的用户支路作为参考支路，记作m2，当m2仍不唯一时，则从m2中随机选择一用户支路作为最终的参考支路，即综合最不利支路。
进一步地，所述步骤3的具体过程如下：
步骤3.1：利用下式计算电动调节水阀的阻抗系数
Figure SMS_62
：
Figure SMS_63
式中，
Figure SMS_64
表示电动调节水阀全开时的阻抗；
Figure SMS_65
表示电动调节水阀的可调比；
Figure SMS_66
表示电动调节水阀当前开度；
步骤3.2：计算M支路的送风温度偏差
Figure SMS_67
以及M支路的电动调节水阀的阻抗偏差
Figure SMS_68
；
步骤3.3：当空调箱处于制冷工况时，干管压差设定值如下：
Figure SMS_69
当空调箱处于供热工况时，干管压差设定值如下：
Figure SMS_70
式中，
Figure SMS_81
、
Figure SMS_74
分别表示
Figure SMS_86
时刻、
Figure SMS_79
时刻干管压差设定值；
Figure SMS_88
、
Figure SMS_80
分别表示温度比例常数、阀位比例常数；
Figure SMS_89
表示M支路
Figure SMS_77
时刻的送风温度偏差；
Figure SMS_85
表示M支路
Figure SMS_71
时刻调节阀阻力系数偏差；
Figure SMS_90
表示温度积分常数；
Figure SMS_76
表示阀位积分常数；
Figure SMS_84
表示M支路的送风温度控制死区；
Figure SMS_78
表示电动调节水阀最佳阀位设定值；
Figure SMS_87
表示
Figure SMS_73
时刻M支路上的电动调节水阀的阀门开度；
Figure SMS_83
表示M支路
Figure SMS_75
时刻的实际送风温度；
Figure SMS_82
表示M支路
Figure SMS_72
时刻的设定送风温度。
进一步地，所述步骤5中，当K个采样周期内干管压差设定值的平均值
Figure SMS_91
与标准差
Figure SMS_92
满足如下条件时，表明负荷侧动态调整已完成，负荷侧处于相对稳定状态：
Figure SMS_93
Figure SMS_94
式中，
Figure SMS_95
表示编号，
Figure SMS_96
；
Figure SMS_97
表示
Figure SMS_98
时刻干管压差设定值；
Figure SMS_99
表示负荷侧稳态评价标准。
进一步地，所述步骤5中，当干管压差监测值
Figure SMS_100
满足如下条件时，表明冷冻水泵动态调整已完成，即冷源侧处于相对稳定状态：
Figure SMS_101
式中，
Figure SMS_102
表示压差设定值的死区；
Figure SMS_103
表示
Figure SMS_104
时刻干管压差设定值。
本发明具有如下有益效果：
本发明以末端送风温度与末端电动调节水阀开度作为参考变量调整干管压差设定值，在保证末端供冷的能力的前提下，能够降低管网的流体输配阻力，指导冷冻水泵变流量运行。本发明还提出了系统运行稳态评价指标，在系统完成动态调整后，通过建立并联冷冻水泵能耗优化模型并求解，根据输出结果控制冷冻水泵的启停与频率。由此可见，本发明兼顾了舒适性与节能性，能根据末端负荷需求自适应调整压差设定值，具有较好的鲁棒性与节能性。
附图说明
图1为一次泵自适应变压差节能控制流程图；
图2为一次泵自适应变压差节能控制系统框架图；
图3为中央控制器模块框架图；
图4为一次泵变压差控制回路的控制原理图；
图5为旁通控制回路的控制原理图。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。
如图2、3所示，本发明所述的一次泵自适应变压差节能控制系统，包括制冷主机1、冷冻水泵2、稳压设备3、分水器4、集水器5、第一压力传感器6、第二压力传感器7、静态平衡阀8、空调箱（AHU）9、电动调节水阀10、旁通调节阀11、第三压力传感器12、第四压力传感器13、流量计14、若干管路以及中央控制器，中央控制器中包含有参数辨识模块、DP设定值优化模块、旁通调节模块、水泵PID变频模块、水泵群组能耗优化模块。
如图2所示，多个制冷主机1以及冷冻水泵2均分别并联后连接；稳压设备3与集水器5连接；第一压力传感器6、第二压力传感器7分别安装在分水器4、集水器5上，用于监测干管压差；第三压力传感器12、第四压力传感器13分别安装在冷冻水泵2支路供水管、冷冻水泵2支路回水管上，用于监测冷冻水泵2支路压差；每条制冷主机1支路上均安装有一流量计14，用于监测各制冷主机1流量；旁通调节阀11安装在旁通管上，用于平衡冷源测与负荷侧的流量；静态平衡阀8、空调箱9、电动调节水阀10均位于负荷侧，每条用户支路上的空调箱9两侧分别安装静态平衡阀8和电动调节水阀10；空调箱9的送风侧还安装有温度传感器。
参数辨识模块用于采集冷冻水泵2实际运行数据，建立并联冷冻水泵群组能耗优化模型；DP设定值优化模块用于识别考虑送风温度偏差与电动调节水阀10开度偏差的综合最不利支路，同时自适应调整干管压差设定值、计算获取干管压差监测值；水泵PID变频模块用于对冷冻水泵2进行自适应频率控制；水泵群组能耗优化模块用于优化求解并联冷冻水泵群组能耗优化模型。
如图5所示，旁通调节模块用于实时监测各制冷主机1的启停状态与流量，通过下发指令调整旁通调节阀11的开度，保证流经制冷主机1的水量不低于冷水机组设定的流量下限值，确保制冷主机1的安全运行。
温度传感器、第一压力传感器6、第二压力传感器7、静态平衡阀8、电动调节水阀10、旁通调节阀11、第三压力传感器12、第四压力传感器13、流量计14均与中央控制器信号连接，中央控制器用于对一次泵自适应变压差节能控制系统实现综合管控。本实施例中的电动调节水阀10选用的是等百分比流量特性的电动调节水阀10。
利用上述一次泵自适应变压差节能控制系统的一次泵自适应变压差节能控制方法如图1所示，包括如下过程：
步骤1：水力平衡调试；
保持电动调节水阀10为手动全开状态，利用中央控制器控制调整静态平衡阀8的开度，保证在设计工况下各用户支路的实际流量与设计流量之间的偏差在允许范围内。
步骤2：利用DP设定值优化模块识别考虑送风温度偏差与电动调节水阀10开度偏差的综合最不利支路；
首先，DP设定值优化模块采集温度传感器检测到的空调箱9送风温度、采集电动调节水阀10的阀门开度，制冷工况下，利用下式计算各用户支路的综合最不利度：
Figure SMS_105
制热工况下，利用下式计算各用户支路的综合最不利度：
Figure SMS_106
式中，
Figure SMS_110
表示用户支路
Figure SMS_112
的综合最不利度，
Figure SMS_116
表示用户支路编号，
Figure SMS_109
表示当前时刻；
Figure SMS_113
、
Figure SMS_118
均表示权重系数；
Figure SMS_121
表示
Figure SMS_107
时刻用户支路
Figure SMS_111
上的电动调节水阀10的阀门开度；
Figure SMS_115
、
Figure SMS_119
分别表示
Figure SMS_108
时刻用户支路
Figure SMS_114
上的空调箱9的实际送风温度、设定送风温度；
Figure SMS_117
表示用户支路
Figure SMS_120
上的送风温度控制死区；综合最不利度越大则说明该用户支路上的空调箱9越难满足用户需求；
然后，选择综合最不利度最大的用户支路作为参考支路，记作m1，若m1不唯一，则再从m1中筛选出电动调节水阀10阀门开度最大的用户支路作为参考支路，记作m2，若m2仍不唯一，则从m2中随机选择一用户支路作为最终的参考支路，即综合最不利支路，记为M支路。
步骤3：利用DP设定值优化模块将电动调节水阀10开度转换为阻抗，基于M支路的送风温度偏差以及阻抗偏差，如图4所示自适应调整干管压差设定值；
步骤3.1：对于等百分比流量特性的电动调节水阀10，利用下式计算电动调节水阀10的阻抗系数
Figure SMS_122
：
Figure SMS_123
式中，
Figure SMS_124
表示电动调节水阀10全开时的阻抗，可通过参数识别模块依据实际运行数据获得；
Figure SMS_125
表示电动调节水阀10的可调比，即最大流量与最小流量的比值，本实施例中取30；
Figure SMS_126
表示电动调节水阀10当前开度。
步骤3.2：利用下式计算M支路的送风温度偏差：
Figure SMS_127
式中，
Figure SMS_128
表示M支路
Figure SMS_129
时刻的送风温度偏差；
Figure SMS_130
表示M支路
Figure SMS_131
时刻的实际送风温度；
Figure SMS_132
表示M支路
Figure SMS_133
时刻的设定送风温度；
利用下式计算M支路的电动调节水阀10的阻抗偏差：
Figure SMS_134
式中，
Figure SMS_135
表示M支路
Figure SMS_136
时刻电动调节水阀10的阻抗偏差；
Figure SMS_137
表示M支路
Figure SMS_138
时刻的阻抗实际值；
Figure SMS_139
表示M支路
Figure SMS_140
时刻的阻抗设定值。
步骤3.3：基于步骤3.1、3.2中的计算结果，自适应调整干管压差设定值：
当空调箱9处于制冷工况时，干管压差设定值如下：
Figure SMS_141
当空调箱9处于供热工况时，干管压差设定值如下：
Figure SMS_142
式中，
Figure SMS_150
表示
Figure SMS_144
时刻干管压差设定值；
Figure SMS_153
表示
Figure SMS_149
时刻干管压差设定值；
Figure SMS_155
表示温度比例常数；
Figure SMS_145
表示阀位比例常数；
Figure SMS_154
表示M支路
Figure SMS_146
时刻的送风温度偏差；
Figure SMS_157
表示M支路
Figure SMS_143
时刻调节阀阻力系数偏差；
Figure SMS_152
表示温度积分常数；
Figure SMS_148
表示阀位积分常数；
Figure SMS_156
表示M支路的送风温度控制死区；
Figure SMS_151
表示电动调节水阀10最佳阀位设定值；
Figure SMS_158
表示
Figure SMS_147
时刻M支路上的电动调节水阀10的阀门开度。
步骤4：如图4所示，DP设定值优化模块采集第一压力传感器6、第二压力传感器7监测的数据，并作差计算得到
Figure SMS_159
时刻干管压差监测值
Figure SMS_160
：
Figure SMS_161
，其中，
Figure SMS_162
表示第一压力传感器6监测到的供水压力，
Figure SMS_163
表示第二压力传感器7监测到的回水压力；
然后，DP设定值优化模块将计算得到的干管压差监测值
Figure SMS_164
以及干管压差设定值
Figure SMS_165
输入到水泵PID变频模块中，水泵PID变频模块输出频率控制信号至冷冻水泵变频器（VFD），从而调整冷冻水泵2转速，实现变流量运行，使得干管压差监测值达到压差设定值。
步骤5：中央控制器进行负荷侧动态调整以及冷冻水泵2动态调整判断，即系统稳态评价；
首先判断K个采样周期内干管压差设定值的平均值
Figure SMS_166
与标准差
Figure SMS_167
是否满足如下条件：
Figure SMS_168
Figure SMS_169
式中，
Figure SMS_170
表示编号，起始为1，终为K；
Figure SMS_171
表示
Figure SMS_172
时刻干管压差设定值；
Figure SMS_173
表示负荷侧稳态评价标准；
若满足则表明负荷侧动态调整已完成，负荷侧处于相对稳定状态；若不满足则表明负荷侧仍处于动态调整阶段；
然后判断干管压差监测值
Figure SMS_174
是否满足如下条件：
Figure SMS_175
式中，
Figure SMS_176
表示压差设定值的死区；
若满足则表明冷冻水泵2动态调整已完成，冷源侧处于相对稳定状态；若不满足则表明冷源侧仍处于动态调整阶段；
当负荷侧与冷源测均处于相对稳定状态时，进入步骤6。
步骤6：参数辨识模块建立并联冷冻水泵群组能耗优化模型，水泵群组能耗优化模块根据用户侧的压力与流量需求，以总能耗为优化目标求解，指导并联冷冻水泵群组最低能耗运行；
步骤6.1：设定并联冷冻水泵群组共包含
Figure SMS_177
条水泵支路，参数辨识模块根据采集的各冷冻水泵2的启停状态、流量
Figure SMS_178
、扬程
Figure SMS_179
，考虑工程应用中可能采用多台相同水泵并联，也可能采用不同规格的大、小泵组合，考虑各台水泵的差异性，因此采用下式建立各台冷冻水泵2的性能模型：
Figure SMS_180
Figure SMS_181
Figure SMS_182
式中，
Figure SMS_191
、
Figure SMS_186
、
Figure SMS_196
、
Figure SMS_185
、
Figure SMS_194
分别表示冷冻水泵
Figure SMS_188
在
Figure SMS_197
时刻的流量、扬程、频率、效率、功率；
Figure SMS_187
、
Figure SMS_199
、
Figure SMS_183
均为流量-扬程特性曲线中的性能参数，
Figure SMS_195
、
Figure SMS_190
、
Figure SMS_200
均为流量-效率特性曲线中的性能参数，
Figure SMS_189
、
Figure SMS_201
、
Figure SMS_193
、
Figure SMS_198
、
Figure SMS_192
、
Figure SMS_202
基于参数辨识模块获得的实际运行数据确定；
Figure SMS_184
表示额定频率，本实施例中取50Hz；
步骤6.2：水泵群组能耗优化模块采集第三压力传感器12以及第四压力传感器13监测到的数据，并作差计算得到冷冻水泵2支路压差
Figure SMS_203
：
Figure SMS_204
，其中，
Figure SMS_205
表示第三压力传感器12检测的冷冻水泵2支路出水压力，
Figure SMS_206
表示第四压力传感器13检测的冷冻水泵2支路进水压力；
然后，水泵群组能耗优化模块根据流量计14采集的各制冷主机1支路的流量，求和计算得到干管流量，即为冷冻水泵2的目标流量
Figure SMS_207
；
步骤6.3：建立如下所示的并联冷冻水泵群组能耗优化模型：
Figure SMS_208
Figure SMS_209
Figure SMS_210
Figure SMS_211
式中，
Figure SMS_217
表示
Figure SMS_215
时刻并联冷冻水泵群组的总功率；
Figure SMS_226
表示
Figure SMS_214
时刻水泵启停切换产生的水力动态失调对系统造成的损失；
Figure SMS_224
、
Figure SMS_216
为能耗目标权重系数与损失目标权重系数；
Figure SMS_222
为运算符不等于，表示左边不等于右边，则为1，否则为0；
Figure SMS_220
表示冷冻水泵
Figure SMS_225
在
Figure SMS_212
时刻的启停状态；
Figure SMS_223
表示冷冻水泵安全稳定运行的最低频率；
Figure SMS_219
表示冷冻水泵
Figure SMS_227
的额定容量；
Figure SMS_213
表示约束条件；
Figure SMS_221
表示冷冻水泵
Figure SMS_218
对应的水泵支路的阻抗。
对于本并联冷冻水泵群组能耗优化模型的求解可利用python平台的Gurobi优化求解器进行求解，决策变量为各台冷冻水泵2的运行状态与频率。
步骤6.4：水泵群组能耗优化模块进一步将求解出的并联冷冻水泵群组的总功率
Figure SMS_228
与当前并联冷冻水泵群组能耗优化前的实际总功率
Figure SMS_229
进行对比，判断是否满足下式表示的判定条件：
Figure SMS_230
式中，
Figure SMS_231
表示能耗节约鲁棒区；
若不满足，则并联冷冻水泵群组不做调整；
若满足，水泵PID变频模块的输出端口关闭，水泵群组能耗优化模块下发并联冷冻水泵群组的启停与运行频率指令至冷冻水泵变频器（VFD），直接控制各冷冻水泵2升频、降频、开机或关机，进而实现对各冷冻水泵2的控制。
并联冷冻水泵群组运行状态调整期间，为防止管网水力动态失调，引起末端电动调节水阀10同步变化，导致控制系统震荡，各末端电动调节水阀10切换为手动模式。
所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一次泵自适应变压差节能控制系统，其特征在于，包括中央控制器以及由中央控制器控制的水系统管网，中央控制器中包含有参数辨识模块、DP设定值优化模块、水泵PID变频模块、水泵群组能耗优化模块；
水系统管网包括制冷主机（1）、冷冻水泵（2）、稳压设备（3）、分水器（4）、集水器（5）、静态平衡阀（8）、空调箱（9）、电动调节水阀（10）；多个制冷主机（1）以及多个冷冻水泵（2）均分别并联后再相互连接，冷冻水泵（2）支路供水管、冷冻水泵（2）支路回水管上分别安装有第三压力传感器（12）、第四压力传感器（13），每条制冷主机（1）支路上均安装有一流量计（14），稳压设备（3）与集水器（5）连接，分水器（4）、集水器（5）上分别安装有第一压力传感器（6）、第二压力传感器（7），水系统管网中每条用户支路上的空调箱（9）两侧分别安装静态平衡阀（8）和电动调节水阀（10），空调箱（9）的送风侧安装温度传感器。
2.利用权利要求1所述的一次泵自适应变压差节能控制系统的一次泵自适应变压差节能控制方法，其特征在于，包括如下过程：
步骤1：对水系统管网进行水力平衡调试；
步骤2：利用DP设定值优化模块识别考虑送风温度偏差与电动调节水阀（10）开度偏差的综合最不利支路，记为M支路；
步骤3：利用DP设定值优化模块将电动调节水阀（10）开度转换为阻抗，基于M支路的送风温度偏差以及阻抗偏差，自适应调整干管压差设定值；
步骤4：DP设定值优化模块采集第一压力传感器（6）、第二压力传感器（7）监测的数据，作差计算得到干管压差监测值，然后将干管压差监测值以及步骤3得到的干管压差设定值输入到水泵PID变频模块中，水泵PID变频模块输出频率控制信号至冷冻水泵变频器，调整冷冻水泵（2）转速，实现变流量运行；
步骤5：中央控制器进行系统稳态评价，当水系统管网的负荷侧与冷源测均处于相对稳定状态时，进入步骤6；
步骤6：参数辨识模块建立并联冷冻水泵群组能耗优化模型，水泵群组能耗优化模块根据用户侧的压力与流量需求，以总能耗为优化目标求解，指导并联冷冻水泵群组最低能耗运行。
3.根据权利要求2所述的一次泵自适应变压差节能控制方法，其特征在于，所述步骤6中，并联冷冻水泵群组能耗优化模型建立过程如下：
步骤6.1：并联冷冻水泵群组共包含
Figure QLYQS_1
条水泵支路，参数辨识模块根据采集的各冷冻水泵（2）的启停状态、流量、扬程，采用下式建立各台冷冻水泵（2）的性能模型：
Figure QLYQS_2
；
Figure QLYQS_3
；
Figure QLYQS_4
；
式中，
Figure QLYQS_7
、
Figure QLYQS_10
、
Figure QLYQS_14
、
Figure QLYQS_6
、
Figure QLYQS_12
分别表示冷冻水泵
Figure QLYQS_17
在
Figure QLYQS_18
时刻的流量、扬程、频率、效率、功率；
Figure QLYQS_5
、
Figure QLYQS_9
、
Figure QLYQS_13
均为流量-扬程特性曲线中的性能参数，
Figure QLYQS_16
、
Figure QLYQS_8
、
Figure QLYQS_11
均为流量-效率特性曲线中的性能参数；
Figure QLYQS_15
表示额定频率；
步骤6.2：水泵群组能耗优化模块采集第三压力传感器（12）以及第四压力传感器（13）监测到的数据，作差计算得到冷冻水泵（2）支路压差
Figure QLYQS_19
；然后根据流量计（14）采集的各制冷主机（1）支路的流量，求和计算得到干管流量，即为冷冻水泵（2）的目标流量
Figure QLYQS_20
；
步骤6.3：建立如下所示的并联冷冻水泵群组能耗优化模型：
Figure QLYQS_21
；
Figure QLYQS_22
；
Figure QLYQS_23
；
Figure QLYQS_24
；
式中，
Figure QLYQS_29
表示
Figure QLYQS_26
时刻并联冷冻水泵群组的总功率；
Figure QLYQS_37
表示
Figure QLYQS_30
时刻水泵启停切换产生的水力动态失调对系统造成的损失；
Figure QLYQS_38
，
Figure QLYQS_33
为能耗目标权重系数与损失目标权重系数；
Figure QLYQS_39
为运算符不等于，表示左边不等于右边，则为1，否则为0；
Figure QLYQS_32
表示冷冻水泵
Figure QLYQS_40
在
Figure QLYQS_25
时刻的启停状态；
Figure QLYQS_34
表示冷冻水泵安全稳定运行的最低频率；
Figure QLYQS_31
表示冷冻水泵
Figure QLYQS_35
的额定容量；
Figure QLYQS_28
表示约束条件；
Figure QLYQS_36
表示冷冻水泵
Figure QLYQS_27
对应的水泵支路的阻抗。
4.根据权利要求2所述的一次泵自适应变压差节能控制方法，其特征在于，所述步骤6中，水泵群组能耗优化模块求解并联冷冻水泵群组能耗优化模型后得到并联冷冻水泵群组的总功率
Figure QLYQS_41
，然后将
Figure QLYQS_42
与当前并联冷冻水泵群组能耗优化前的实际总功率
Figure QLYQS_43
进行对比，判断是否满足下式表示的判定条件：
Figure QLYQS_44
；
式中，
Figure QLYQS_45
表示能耗节约鲁棒区；
若不满足，则并联冷冻水泵群组不做调整；
若满足，水泵PID变频模块的输出端口关闭，水泵群组能耗优化模块下发并联冷冻水泵群组的启停与运行频率指令至冷冻水泵变频器，直接控制各冷冻水泵（2），实现最低能耗运行。
5.根据权利要求2所述的一次泵自适应变压差节能控制方法，其特征在于，所述步骤2的具体过程如下：
首先，DP设定值优化模块采集温度传感器检测到的空调箱（9）送风温度、采集电动调节水阀（10）的阀门开度，制冷工况下，利用下式计算各用户支路的综合最不利度：
Figure QLYQS_46
；
制热工况下，利用下式计算各用户支路的综合最不利度：
Figure QLYQS_47
；
式中，
Figure QLYQS_50
表示用户支路
Figure QLYQS_55
的综合最不利度，
Figure QLYQS_59
表示当前时刻；
Figure QLYQS_51
、
Figure QLYQS_54
均表示权重系数；
Figure QLYQS_58
表示
Figure QLYQS_61
时刻用户支路
Figure QLYQS_48
上的电动调节水阀（10）的阀门开度；
Figure QLYQS_52
、
Figure QLYQS_56
分别表示
Figure QLYQS_60
时刻用户支路
Figure QLYQS_49
上的空调箱（9）的实际送风温度、设定送风温度；
Figure QLYQS_53
表示用户支路
Figure QLYQS_57
上的送风温度控制死区；
然后，选择综合最不利度最大的用户支路作为参考支路，记作m1，当m1不唯一时，则从m1中筛选出电动调节水阀（10）阀门开度最大的用户支路作为参考支路，记作m2，当m2仍不唯一时，则从m2中随机选择一用户支路作为最终的参考支路，即综合最不利支路。
6.根据权利要求2所述的一次泵自适应变压差节能控制方法，其特征在于，所述步骤3的具体过程如下：
步骤3.1：计算电动调节水阀（10）的阻抗系数
Figure QLYQS_62
；
步骤3.2：计算M支路的送风温度偏差
Figure QLYQS_63
以及M支路的电动调节水阀（10）的阻抗偏差
Figure QLYQS_64
；
步骤3.3：当空调箱（9）处于制冷工况时，干管压差设定值如下：
Figure QLYQS_65
；
当空调箱（9）处于供热工况时，干管压差设定值如下：
Figure QLYQS_66
；
式中，
Figure QLYQS_77
、
Figure QLYQS_74
分别表示
Figure QLYQS_86
时刻、
Figure QLYQS_75
时刻干管压差设定值；
Figure QLYQS_84
、
Figure QLYQS_76
分别表示温度比例常数、阀位比例常数；
Figure QLYQS_81
表示M支路
Figure QLYQS_71
时刻的送风温度偏差；
Figure QLYQS_82
表示M支路
Figure QLYQS_67
时刻调节阀阻力系数偏差；
Figure QLYQS_78
表示温度积分常数；
Figure QLYQS_69
表示阀位积分常数；
Figure QLYQS_79
表示M支路的送风温度控制死区；
Figure QLYQS_70
表示电动调节水阀（10）最佳阀位设定值；
Figure QLYQS_80
表示
Figure QLYQS_73
时刻M支路上的电动调节水阀（10）的阀门开度；
Figure QLYQS_85
表示M支路
Figure QLYQS_72
时刻的实际送风温度；
Figure QLYQS_83
表示M支路
Figure QLYQS_68
时刻的设定送风温度。
7.根据权利要求2所述的一次泵自适应变压差节能控制方法，其特征在于，所述步骤5中，当K个采样周期内干管压差设定值的平均值
Figure QLYQS_87
与标准差
Figure QLYQS_88
满足如下条件时，表明负荷侧动态调整已完成，负荷侧处于相对稳定状态：
Figure QLYQS_89
；
Figure QLYQS_90
；
式中，
Figure QLYQS_91
表示编号，
Figure QLYQS_92
；
Figure QLYQS_93
表示
Figure QLYQS_94
时刻干管压差设定值；
Figure QLYQS_95
表示负荷侧稳态评价标准。
8.根据权利要求2所述的一次泵自适应变压差节能控制方法，其特征在于，所述步骤5中，当干管压差监测值
Figure QLYQS_96
满足如下条件时，表明冷冻水泵（2）动态调整已完成，即冷源侧处于相对稳定状态：
Figure QLYQS_97
；
式中，
Figure QLYQS_98
表示压差设定值的死区；
Figure QLYQS_99
表示
Figure QLYQS_100
时刻干管压差设定值。
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