CN117366792B - 一种蓄冷空调系统的运行控制方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种蓄冷空调系统的运行控制方法及系统,涉及蓄冷空调运行优化技术领域,方法包括:基于蓄冷空调系统模型,构建蓄冷空调系统运行约束集合;蓄冷空调系统运行约束集合包括制冷机运行出水与回水温度约束、制冷机运行性能约束、蓄冷罐运行约束、冷却水泵运行性能约束以及冷却塔运行性能约束;基于蓄冷空调系统运行约束集合,以运行成本与运行能效加权和最小为目标,建立日运行成本能效综合优化调控模型;采用空间分支定界法对日运行成本能效综合优化调控模型进行求解,以得到最优调控结果,指导蓄冷空调系统的日运行。本发明能够使得蓄冷空调系统实现经济、高效地运行。
Description
技术领域
本发明涉及蓄冷空调运行优化技术领域,特别是涉及一种蓄冷空调系统的运行控制方法及系统。
背景技术
冰蓄冷利用分时电价差,在夜间谷价电时段应用双工况冷机制冰,在日间峰价或平价电时段利用蓄冰槽融冰释冷,为用户供冷,以减少日间制冷机的电力消耗。虽然冰蓄冷系统具有良好的经济性,但却以牺牲能效为代价。根据《蓄能空调工程技术标准》,双工况制冷机组在空调工况与制冰工况,蒸发器侧出水温度由5℃降低至-5.6℃,水冷离心式制冷机组的性能系数(COP)下限值由4.6%降低至3.8%。此外,双工况制冷机组在蒸发器侧用乙二醇溶液作为载冷剂通过板式换热器为用户提供冷冻水,二次换热亦降低能效。如何解决蓄能空调的经济性与能效性兼容的问题,是困扰暖通设计师的一个难题。
发明内容
本发明的目的是提供一种蓄冷空调系统的运行控制方法及系统,能够使得蓄冷空调系统实现经济、高效地运行。
为实现上述目的,本发明提供了如下方案:
第一方面,本发明提供一种蓄冷空调系统的运行控制方法,包括:
构建蓄冷空调系统模型;所述蓄冷空调系统模型包括制冷机群、冷却水泵群、冷却塔群及蓄冷罐;所述制冷机群中的制冷机内设置蒸发器和冷凝器;
基于所述蓄冷空调系统模型,构建蓄冷空调系统运行约束集合;所述蓄冷空调系统运行约束集合包括制冷机运行出水与回水温度约束、制冷机运行性能约束、蓄冷罐运行约束、冷却水泵运行性能约束以及冷却塔运行性能约束;
基于所述蓄冷空调系统运行约束集合,以运行成本与运行能效加权和最小为目标,建立日运行成本能效综合优化调控模型;
采用空间分支定界法对所述日运行成本能效综合优化调控模型进行求解,以得到最优调控结果;所述最优调控结果用于指导蓄冷空调系统的日运行。
第二方面,本发明提供一种蓄冷空调系统的运行控制系统,包括:
蓄冷空调模型构建模块,用于构建蓄冷空调系统模型;所述蓄冷空调系统模型包括制冷机群、冷却水泵群、冷却塔群及蓄冷罐;所述制冷机群中的制冷机内设置蒸发器和冷凝器;
模型约束构建模块,用于基于所述蓄冷空调系统模型,构建蓄冷空调系统运行约束集合;所述蓄冷空调系统运行约束集合包括制冷机运行出水与回水温度约束、制冷机运行性能约束、蓄冷罐运行约束、冷却水泵运行性能约束以及冷却塔运行性能约束;
优化调控模型构建模块,用于基于所述蓄冷空调系统运行约束集合,以运行成本与运行能效加权和最小为目标,建立日运行成本能效综合优化调控模型;
优化调控结果计算模块,用于采用空间分支定界法对所述日运行成本能效综合优化调控模型进行求解,以得到最优调控结果;所述最优调控结果用于指导蓄冷空调系统的日运行。
根据本发明提供的具体实施例,本发明公开了以下技术效果:
本发明公开一种蓄冷空调系统的运行控制方法及系统,通过构建蓄冷空调系统运行约束集合,包括制冷机运行出水与回水温度约束、制冷机运行性能约束、蓄冷罐运行约束、冷却水泵运行性能约束以及冷却塔运行性能约束;基于蓄冷空调系统运行约束集合,以运行成本与运行能效加权和最小为目标,建立日运行成本能效综合优化调控模型;采用空间分支定界法对日运行成本能效综合优化调控模型进行求解,从而解决蓄能空调的经济性与能效行兼容的问题,依据求解得到的最优调控结果指导蓄冷空调系统的日运行,以使得蓄冷空调系统实现经济、高效地运行。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动性的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明蓄冷空调系统的运行控制方法的流程示意图;
图2为本发明蓄冷空调系统模型的结构示意图;
图3为本发明蓄冷空调系统的运行控制系统的示意图。
符号说明:
1-第一制冷机,2-第二制冷机,3-第三制冷机,4-蓄冷罐,5-第一冷冻泵,6-第二冷冻泵,7-第三冷冻泵,8-第四冷冻泵,9-冷却水泵,10-冷却塔,11-分水器,12-集水器,13-第一电动蝶阀,14-第二电动蝶阀,15-第三电动蝶阀,16-第四电动蝶阀,17-第五电动碟阀,18-定压装置。
具体实施方式
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、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
为使本发明的目的、特征和优点能够更加明显易懂,下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
现有的蓄冷空调包括相变蓄冷空调系统及水蓄冷空调系统,本发明可适用于上述两种类型的蓄冷空调的运行控制。而相变蓄冷具有能量密度高、热损耗低、经济性好的优势,对比水蓄冷,节约占地空间;对比冰蓄冷,通过选用适宜的相变材料构成的相变蓄冷系统,可以在满足用户热环境舒适的前提下,降低制冷机组在蓄冷工况下的蒸发温度,提高制冷机的性能系数;同时由于温度在水的凝固点以上,无需乙二醇溶液作为二次换热媒介,无需配置乙二醇泵,降低了系统复杂度,降低了初投资和后期运维成本。由此可知,相变蓄冷空调的性能更优,因此,本发明以相变蓄冷空调为例进行方案阐述。
实施例一
如图1所示,本发明提供一种蓄冷空调系统的运行控制方法,包括:
步骤100,构建蓄冷空调系统模型;所述蓄冷空调系统模型包括制冷机群、冷却水泵群、冷却塔群及蓄冷罐4;所述制冷机群中的制冷机内设置蒸发器和冷凝器。
蓄冷空调系统模型如图2所示,所述制冷机群包括第一制冷机1、第二制冷机2、第三制冷机3,冷却水泵群包括冷却水泵9,冷却塔群包括冷却塔10,此外还包括:第一冷冻泵5、第二冷冻泵6、第三冷冻泵7、第四冷冻泵8、分水器11、集水器12、第一电动蝶阀13、第二电动蝶阀14、第三电动蝶阀15、第四电动蝶阀16、第五电动碟阀17及定压装置18。图2中,实线表示冷冻水管道,虚线表示冷却水管道。第一冷冻泵5、第二冷冻泵6、第三冷冻泵7分别与第一制冷机1、第二制冷机2、第三制冷机3先串联后并联连接,联动控制,同时启停。由于采用相变蓄冷装置,即蓄冷罐4,选用相变材料(PCM)的相变温度0℃以上。第一制冷机1、第二制冷机2、第三制冷机3均为常规制冷机,所有制冷机并联连接,通过控制第一电动蝶阀13、第二电动蝶阀14、第三电动蝶阀15的开关状态,隔离处于空调模式与制冰模式的制冷机,通过控制第四电动蝶阀16、第五电动碟阀17的开度,调整冷水主机为用户侧供冷与为相变蓄冷装置制冰两条环路的流量分配。
本发明蓄冷空调系统模型可存在五种运行工况:
工况1:制冷机空调模式(以3台制冷机空调模式为例)。
工况2:制冷机空调+制冰模式(以1台制冷机空调模式、2台制冷机制冰模式为例)。
工况3:制冷机制冰模式(以3台制冷机制冰模式为例)。
工况4:制冷机空调模式+蓄冷罐释冷模式(以3台制冷机空调模式为例)。
工况5:仅蓄冷罐释冷模式。
5种工况下的设备与阀门运行状态如下表1所示。
表1 5种工况下的设备与阀门运行状态表
本发明蓄冷空调系统模型以1天24h为1个蓄冷-释冷周期,以1h为计算时的时间步长,每间隔一小时将从实际相变蓄冷空调系统中采集到的数据存储至所述蓄冷空调系统模型的对应位置。在具体实例中,采集到的数据包括:蒸发器出水温度、冷凝器回水温度、制冷机的运行模式及对应台数及制冷量、蓄冷罐的运行模式、蓄冷功率或释冷功率、冷却水泵的运行台数与转速比、冷却塔的运行台数与转速比等等。
步骤200,基于所述蓄冷空调系统模型,构建蓄冷空调系统运行约束集合;所述蓄冷空调系统运行约束集合包括制冷机运行出水与回水温度约束、制冷机运行性能约束、蓄冷罐运行约束、冷却水泵运行性能约束以及冷却塔运行性能约束。
所述制冷机运行出水与回水温度约束包括蒸发器出水温度约束和冷凝器回水温度约束。具体地,考虑制冷机的运行安全性,设定制冷机蒸发器出水温度下限为;考虑用户侧除湿需求和舒适性,设定制冷机处于空调模式下的冷冻水出水温度上限为/>,为直接输送至分水器11的冷冻水温度。
所述蒸发器出水温度约束为:
。
其中,表示蒸发器出水温度下限,/>表示蒸发器在t时刻出水温度;/>为制冷机处于双工况的运行模式,包括空调模式和制冰模式,为布尔变量,取值0时表示制冰模式,取值1时表示空调模式;/>、/>分别表示制冷机处于空调模式与制冰模式下的出水温度上限。
对于蓄冷介质为相变材料的蓄冷系统,满足:
=/>,为直接输送至蓄冷罐的冷冻水温度;/>表示蓄冷罐内相变材料的相变温度,/>表示制冷机处于制冰模式下时,蒸发器出水温度与相变温度的最小差值;制冰时,应使得蒸发器出水温度与相变温度有一定的温差,才能满足运行需要。对于蓄冷介质为水的蓄冷系统,则直接对/>进行赋值。
在实际应用中,根据末端空调系统的形式,在满足用户制冷与除湿需求前提下,确定冷冻供水温度区间,并依此确定相适应的相变蓄冷装置的相变温度与相变材料类型。
所述冷凝器回水温度约束为:
。
其中,、/>与/>分别为t时刻冷凝器出水温度、回水温度与室外空气湿球温度。
所述制冷机运行性能约束包括制冷机性能约束和制冷机运行约束。忽略冷冻水流量对制冷机性能的影响,则所述制冷机性能约束为:
。
其中,为制冷机的性能系数;蓄冷剂处于制冰模式或空调模式的性能系数均满足上述等式约束,/>、/>、/>、/>、/>、/>、/>、/>、/>、/>、b0、b1、b2、b3、b4均为系数,/>表示制冷机部分负荷率,为制冷机实际制冷功率/>与名义制冷功率/>的比值,/>;为蒸发器出水温度,/>为冷凝器进水温度;/>为t时刻制冷机的名义制冷功率。
所述制冷机运行约束包括制冷机群组的总的电功率、制冷机运行数量约束与冷功率约束,具体为:
。
其中,表示t时刻制冷机群的电功率,/>、/>分别为t时刻处于空调模式、制冰模式的制冷机数量,/>、/>分别为t时刻制冷机处于空调模式与制冰模式的制冷功率,/>、/>分别表示t时刻制冷机处于空调模式与制冰模式下的性能系数;/>为制冷机配置台数;/>、/>分别表示制冷机处于空调模式下的最小制冷功率与名义制冷功率,/>、/>分别表示制冷机处于制冰模式下的最小制冷功率与名义制冷功率。制冷机空调和制冰模式不可同时进行,制冷机的制冰模式与蓄冷罐的释冷模式不可同时进行。
在蓄冷与融冰速率下,通过调整蓄冷罐支路的第四冷冻泵8的频率与第四电动蝶阀16的开度,可以灵活控制流经蓄冷罐的水流量。在此情况下,蓄冷罐的蓄冰速率与融冰速率上限主要与当前蓄冷容量相关,基于此,蓄冷罐运行约束包括相变蓄冷罐的充释冷模型、相变蓄冷罐容量约束、相变蓄冷充释冷功率约束、一个调度周期始末时刻相变蓄冷容量相等的约束,具体为:
。
。
其中,为t时刻蓄冷罐的蓄冷容量,/>为蓄冷罐内蓄冷的自损耗率,具体为相变蓄冷罐相变蓄冷的自损耗率;/>为t-1时刻蓄冷罐的蓄冷容量,具体为相变蓄冷罐内相变蓄冷容量;/>表示蓄冷罐的运行模式,包括蓄冷和释冷,为布尔变量,取值0时表示蓄冷,取值1时表示释冷;/>表示t时刻蓄冷罐的充冷功率,/>、/>分别为蓄冷罐内蓄冷的蓄冷效率与释冷效率,/>表示t时刻蓄冷罐的释冷功率,/>表示时间步长;/>、/>分别为蓄冷容量下限、蓄冷容量上限;/>、/>分别表示t时刻最大充冷功率、最大释冷功率;与/>分别为蓄冷始末时刻的蓄冷容量,上文中的蓄冷为相变蓄冷罐中的相变蓄冷。
冷却水泵的扬程主要由制冷机房至冷却塔的高差、冷却水管路阻力、富余压头构成。在运行阶段,由于并联冷却塔启停切换引起的冷却水管路阻抗变化较小,因此可视其阻抗恒定,基于此,冷却水泵运行性能约束包括冷却水泵性能模型、冷却水管网水力特性模型、冷却泵运行约束,具体为:
。
其中,、/>、/>、/>、/>与/>分别为t时刻冷却水泵扬程、冷却水泵流量、冷却水泵转速比、冷却水泵效率、冷却水泵运行台数与冷却水泵内冷却水总流量,g0、g1、g2、h0、h1、h2均为系数;/>表示t时刻冷却水泵群的电功率;/>为考虑富余的机房至冷却塔进水管的高差;/>为冷却水管路的阻抗;/>表示t时刻冷却水泵的流量,/>为冷却水泵的配置台数;/>为冷却水泵的流量上限。
所述冷却塔运行性能约束包括变频冷却性能约束和冷功率平衡约束;所述变频冷却性能约束包括冷却塔性能模型、冷却塔群组总功率模型、冷却水流量平衡约束、冷却塔运行约束,具体为:
。
其中,、/>、/>、/>、/>、/>与/>分别为t时刻冷却塔风机的电功率、散热量、循环水量、循环风量、进水温度、运行台数与室外空气湿球温度,d0、d1、d2、e0、e1、e2、e3均为冷却塔性能系数;/>、/>、/>、/>、/>分别为冷却塔配置台数、冷却塔最大循环水量、冷却塔最大循环风量、冷却塔额定循环风量、冷却塔额定功率;/>表示冷却塔运行数量,/>为t时刻冷却水泵内冷却水总流量。
所述冷功率平衡约束包括源荷冷量供需平衡约束、蓄冷平衡约束、冷却水散热平衡约束,具体为:
。
其中,表示制冷机的运行模式,包括空调模式和制冰模式,具体为布尔变量,取值为0表示蓄冷,取值为1表示释冷;/>为t时刻处于空调模式的制冷机数量,/>为t时刻制冷机处于空调模式的制冷功率,/>表示蓄冷罐的运行模式,包括蓄冷和释冷,为布尔变量,取值0时表示蓄冷,取值1时表示释冷;/>表示t时刻蓄冷罐的释冷功率,/>为t时刻逐时冷负荷;/>为t时刻处于制冰模式的制冷机数量,/>为t时刻制冷机处于制冰模式的制冷功率,/>表示t时刻蓄冷罐的充冷功率;/>为t时刻冷却塔风机的散热量,、/>分别表示t时刻制冷机群的电功率、冷却水泵群的电功率,/>为水的比热容,/>为t时刻的冷却水流量,/>、/>分别为冷凝器出水温度与冷凝器进水温度。
步骤300,基于所述蓄冷空调系统运行约束集合,以运行成本与运行能效加权和最小为目标,建立日运行成本能效综合优化调控模型。
所述日运行成本能效综合优化调控模型的目标函数为:
。
。
。
其中,F表示日运行成本能效综合调控目标值;COST表示日运行成本目标值,主要包括日运行的电费和水费,电消耗由制冷机、冷却水泵与冷却塔产生;水消耗主要由冷却水系统产生,包括冷却塔蒸发损失、飘逸损失、排污损失3部分;表示日运行能效目标值,w1、w2均为权重系数,上标norm表示对日运行成本目标值与日运行能效目标值的归一化处理;/>、/>分别为t时刻的电价、水价;/>、/>分别为t时刻的耗水量与冷却水流量,/>表示时间步长;/>、/>、/>、/>分别表示t时刻总耗电量、制冷机群的电功率、冷却水泵群的电功率、冷却塔群的电功率;/>为蒸发损失系数,与进塔空气干球温度相关;n为循环水设计浓缩倍率,一般取3-5;/>、/>分别为冷凝器出水温度与冷凝器进水温度,/>为t时刻逐时冷负荷。
步骤400,采用空间分支定界法对所述日运行成本能效综合优化调控模型进行求解,以得到最优调控结果;所述最优调控结果用于指导蓄冷空调系统的日运行。
所述日运行成本能效综合优化调控模型为混合整数非线性规划模型,采用空间分支定界法对该模型求解,得到的对于相变蓄冷空调系统的最优调控结果为:当日相变蓄冷空调系统的冷源参数设定规划与设备出力规划,以指导相变蓄冷空调系统经济高效运行。
在实际应用中,采用辐射供冷承担空调房间的显热负荷,采用风机盘管去除房间的潜热负荷,新风机承担新风负荷。考虑到用户的除湿需求,冷源的冷冻供水温度设定宜不高于12℃;选择PCM的相变温度宜不高于7℃。
实施例二
如图3所示,为了实现实施例一中的技术方案,以达到相应的功能和技术效果,本实施例还提供了一种蓄冷空调系统的运行控制系统,包括:
蓄冷空调模型构建模块,用于构建蓄冷空调系统模型;所述蓄冷空调系统模型包括制冷机群、冷却水泵群、冷却塔群及蓄冷罐;所述制冷机群中的制冷机内设置蒸发器和冷凝器。
模型约束构建模块,用于基于所述蓄冷空调系统模型,构建蓄冷空调系统运行约束集合;所述蓄冷空调系统运行约束集合包括制冷机运行出水与回水温度约束、制冷机运行性能约束、蓄冷罐运行约束、冷却水泵运行性能约束以及冷却塔运行性能约束。
优化调控模型构建模块,用于基于所述蓄冷空调系统运行约束集合,以运行成本与运行能效加权和最小为目标,建立日运行成本能效综合优化调控模型。
优化调控结果计算模块,用于采用空间分支定界法对所述日运行成本能效综合优化调控模型进行求解,以得到最优调控结果;所述最优调控结果用于指导蓄冷空调系统的日运行。
实施例三
本实施例提供一种电子设备,包括存储器及处理器,存储器用于存储计算机程序,处理器运行计算机程序以使电子设备执行实施例一的蓄冷空调系统的运行控制方法。可选地,上述电子设备可以是服务器。
另外,本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质,其存储有计算机程序,该计算机程序被处理器执行时实现实施例一的蓄冷空调系统的运行控制方法。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述,每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处,各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言,由于其与实施例公开的方法相对应,所以描述的比较简单,相关之处参见方法部分说明即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述,以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想;同时,对于本领域的一般技术人员,依据本发明的思想,在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述,本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (2)
1.一种蓄冷空调系统的运行控制方法,其特征在于,方法包括:
构建蓄冷空调系统模型;所述蓄冷空调系统模型包括制冷机群、冷却水泵群、冷却塔群及蓄冷罐;所述制冷机群中的制冷机内设置蒸发器和冷凝器;
基于所述蓄冷空调系统模型,构建蓄冷空调系统运行约束集合;所述蓄冷空调系统运行约束集合包括制冷机运行出水与回水温度约束、制冷机运行性能约束、蓄冷罐运行约束、冷却水泵运行性能约束以及冷却塔运行性能约束;
所述制冷机运行出水与回水温度约束包括蒸发器出水温度约束和冷凝器回水温度约束;
所述蒸发器出水温度约束为:
其中,表示蒸发器出水温度下限,/>表示蒸发器在t时刻出水温度;/>为制冷机处于双工况的运行模式,包括空调模式和制冰模式,为布尔变量,取值0时表示制冰模式,取值1时表示空调模式;/> 分别表示制冷机处于空调模式与制冰模式下的出水温度上限;
所述冷凝器回水温度约束为:
其中,与/>分别为t时刻冷凝器出水温度、回水温度与室外空气湿球温度;
所述制冷机运行性能约束包括制冷机性能约束和制冷机运行约束;
所述制冷机性能约束为:
其中,为制冷机的性能系数,a0、a1、a2、a3、a4、a5、a6、a7、a8、a9、b0、b1、b2、b3、b4均为系数,PLRt表示制冷机部分负荷率,为制冷机实际制冷功率/>与名义制冷功率的比值,/>为蒸发器出水温度,/>为冷凝器进水温度;/>为t时刻制冷机的名义制冷功率;
所述制冷机运行约束为:
其中,表示t时刻制冷机群的电功率,/>分别为t时刻处于空调模式、制冰模式的制冷机数量,/>分别为t时刻制冷机处于空调模式与制冰模式的制冷功率,/> 分别表示t时刻制冷机处于空调模式与制冰模式下的性能系数;Nchi为制冷机配置台数;/>分别表示制冷机处于空调模式下的最小制冷功率与名义制冷功率,/>分别表示制冷机处于制冰模式下的最小制冷功率与名义制冷功率;
所述蓄冷罐运行约束为:
其中,SOCt为t时刻蓄冷罐的蓄冷容量,δ为蓄冷罐内蓄冷的自损耗率,SOCt-1为t-1时刻蓄冷罐的蓄冷容量,表示蓄冷罐的运行模式,包括蓄冷和释冷,/>表示t时刻蓄冷罐的充冷功率,ηcha、ηdis分别为蓄冷罐内蓄冷的蓄冷效率与释冷效率,/>表示t时刻蓄冷罐的释冷功率,Δt表示时间步长;SOCmin、SOCmax分别为蓄冷容量下限、蓄冷容量上限;/>分别表示t时刻最大充冷功率、最大释冷功率;SOC1与SOC24分别为蓄冷始末时刻的蓄冷容量;
所述冷却水泵运行性能约束为:
其中,与/>分别为t时刻冷却水泵扬程、冷却水泵流量、冷却水泵转速比、冷却水泵效率、冷却水泵运行台数与冷却水泵内冷却水总流量,g0、g1、g2、h0、h1、h2均为系数;/>表示t时刻冷却水泵群的电功率;ΔHqw为考虑富余的机房至冷却塔进水管的高差;Sqw为冷却水管路的阻抗;/>表示t时刻冷却水泵的流量,Nqwp为冷却水泵的配置台数;/>为冷却水泵的流量上限;
所述冷却塔运行性能约束包括变频冷却性能约束和冷功率平衡约束;
所述变频冷却性能约束为:
其中,与/>分别为t时刻冷却塔风机的电功率、散热量、循环水量、循环风量、进水温度、运行台数与室外空气湿球温度,d0、d1、d2、e0、e1、e2、e3均为冷却塔性能系数;Nct、/>分别为冷却塔配置台数、冷却塔最大循环水量、冷却塔最大循环风量、冷却塔额定循环风量、冷却塔额定功率;/>表示冷却塔运行数量,/>为t时刻冷却水泵内冷却水总流量;
所述冷功率平衡约束为:
其中,表示制冷机的运行模式,包括空调模式和制冰模式;/>为t时刻处于空调模式的制冷机数量,/>为t时刻制冷机处于空调模式的制冷功率,/>表示蓄冷罐的运行模式,包括蓄冷和释冷,为布尔变量,取值0时表示蓄冷,取值1时表示释冷;/>表示t时刻蓄冷罐的释冷功率,/>为t时刻逐时冷负荷;/>为t时刻处于制冰模式的制冷机数量,为t时刻制冷机处于制冰模式的制冷功率,/>表示t时刻蓄冷罐的充冷功率;/>为t时刻冷却塔风机的散热量,/>分别表示t时刻制冷机群的电功率、冷却水泵群的电功率,cw为水的比热容,/>为t时刻的冷却水流量,/>分别为冷凝器出水温度与冷凝器进水温度;
基于所述蓄冷空调系统运行约束集合,以运行成本与运行能效加权和最小为目标,建立日运行成本能效综合优化调控模型;所述日运行成本能效综合优化调控模型的目标函数为:
其中,F表示日运行成本能效综合调控目标值,COST表示日运行成本目标值,ηsys表示日运行能效目标值,w1、w2均为权重系数,上标norm表示对日运行成本目标值与日运行能效目标值的归一化处理;分别为t时刻的电价、水价;/>分别为t时刻的耗水量与冷却水流量,Δt表示时间步长;/>分别表示t时刻总耗电量、制冷机群的电功率、冷却水泵群的电功率、冷却塔群的电功率;α为蒸发损失系数,n为循环水设计浓缩倍率,/>分别为冷凝器出水温度与冷凝器进水温度,/>为t时刻逐时冷负荷;
采用空间分支定界法对所述日运行成本能效综合优化调控模型进行求解,以得到最优调控结果;所述最优调控结果用于指导蓄冷空调系统的日运行。
2.一种蓄冷空调系统的运行控制系统,其特征在于,系统包括:
蓄冷空调模型构建模块,用于构建蓄冷空调系统模型;所述蓄冷空调系统模型包括制冷机群、冷却水泵群、冷却塔群及蓄冷罐;所述制冷机群中的制冷机内设置蒸发器和冷凝器;
模型约束构建模块,用于基于所述蓄冷空调系统模型,构建蓄冷空调系统运行约束集合;所述蓄冷空调系统运行约束集合包括制冷机运行出水与回水温度约束、制冷机运行性能约束、蓄冷罐运行约束、冷却水泵运行性能约束以及冷却塔运行性能约束;
所述制冷机运行出水与回水温度约束包括蒸发器出水温度约束和冷凝器回水温度约束;
所述蒸发器出水温度约束为:
其中,表示蒸发器出水温度下限,/>表示蒸发器在t时刻出水温度;/>为制冷机处于双工况的运行模式,包括空调模式和制冰模式,为布尔变量,取值0时表示制冰模式,取值1时表示空调模式;/> 分别表示制冷机处于空调模式与制冰模式下的出水温度上限;
所述冷凝器回水温度约束为:
其中,与/>分别为t时刻冷凝器出水温度、回水温度与室外空气湿球温度;
所述制冷机运行性能约束包括制冷机性能约束和制冷机运行约束;
所述制冷机性能约束为:
其中,为制冷机的性能系数,a0、a1、a2、a3、a4、a5、a6、a7、a8、a9、b0、b1、b2、b3、b4均为系数,PLRt表示制冷机部分负荷率,为制冷机实际制冷功率/>与名义制冷功率的比值,/>为蒸发器出水温度,/>为冷凝器进水温度;/>为t时刻制冷机的名义制冷功率;
所述制冷机运行约束为:
其中,表示t时刻制冷机群的电功率,/>分别为t时刻处于空调模式、制冰模式的制冷机数量,/>分别为t时刻制冷机处于空调模式与制冰模式的制冷功率,/> 分别表示t时刻制冷机处于空调模式与制冰模式下的性能系数;Nchi为制冷机配置台数;/>分别表示制冷机处于空调模式下的最小制冷功率与名义制冷功率,/>分别表示制冷机处于制冰模式下的最小制冷功率与名义制冷功率;
所述蓄冷罐运行约束为:
其中,SOCt为t时刻蓄冷罐的蓄冷容量,δ为蓄冷罐内蓄冷的自损耗率,SOCt-1为t-1时刻蓄冷罐的蓄冷容量,表示蓄冷罐的运行模式,包括蓄冷和释冷,/>表示t时刻蓄冷罐的充冷功率,ηcha、ηdis分别为蓄冷罐内蓄冷的蓄冷效率与释冷效率,/>表示t时刻蓄冷罐的释冷功率,Δt表示时间步长;SOCmin、SOCmax分别为蓄冷容量下限、蓄冷容量上限;/>分别表示t时刻最大充冷功率、最大释冷功率;SOC1与SOC24分别为蓄冷始末时刻的蓄冷容量;
所述冷却水泵运行性能约束为:
其中,与/>分别为t时刻冷却水泵扬程、冷却水泵流量、冷却水泵转速比、冷却水泵效率、冷却水泵运行台数与冷却水泵内冷却水总流量,g0、g1、g2、h0、h1、h2均为系数;/>表示t时刻冷却水泵群的电功率;ΔHqw为考虑富余的机房至冷却塔进水管的高差;Sqw为冷却水管路的阻抗;/>表示t时刻冷却水泵的流量,Nqwp为冷却水泵的配置台数;/>为冷却水泵的流量上限;
所述冷却塔运行性能约束包括变频冷却性能约束和冷功率平衡约束;
所述变频冷却性能约束为:
其中,与/>分别为t时刻冷却塔风机的电功率、散热量、循环水量、循环风量、进水温度、运行台数与室外空气湿球温度,d0、d1、d2、e0、e1、e2、e3均为冷却塔性能系数;Nct、/>分别为冷却塔配置台数、冷却塔最大循环水量、冷却塔最大循环风量、冷却塔额定循环风量、冷却塔额定功率;/>表示冷却塔运行数量,/>为t时刻冷却水泵内冷却水总流量;
所述冷功率平衡约束为:
其中,表示制冷机的运行模式,包括空调模式和制冰模式;/>为t时刻处于空调模式的制冷机数量,/>为t时刻制冷机处于空调模式的制冷功率,/>表示蓄冷罐的运行模式,包括蓄冷和释冷,为布尔变量,取值0时表示蓄冷,取值1时表示释冷;/>表示t时刻蓄冷罐的释冷功率,/>为t时刻逐时冷负荷;/>为t时刻处于制冰模式的制冷机数量,为t时刻制冷机处于制冰模式的制冷功率,/>表示t时刻蓄冷罐的充冷功率;/>为t时刻冷却塔风机的散热量,/>分别表示t时刻制冷机群的电功率、冷却水泵群的电功率,cw为水的比热容,/>为t时刻的冷却水流量,/>分别为冷凝器出水温度与冷凝器进水温度;
优化调控模型构建模块,用于基于所述蓄冷空调系统运行约束集合,以运行成本与运行能效加权和最小为目标,建立日运行成本能效综合优化调控模型;所述日运行成本能效综合优化调控模型的目标函数为:
其中,F表示日运行成本能效综合调控目标值,COST表示日运行成本目标值,ηsys表示日运行能效目标值,w1、w2均为权重系数,上标norm表示对日运行成本目标值与日运行能效目标值的归一化处理;分别为t时刻的电价、水价;/>分别为t时刻的耗水量与冷却水流量,Δt表示时间步长;/>分别表示t时刻总耗电量、制冷机群的电功率、冷却水泵群的电功率、冷却塔群的电功率;α为蒸发损失系数,n为循环水设计浓缩倍率,/>分别为冷凝器出水温度与冷凝器进水温度,/>为t时刻逐时冷负荷;
优化调控结果计算模块,用于采用空间分支定界法对所述日运行成本能效综合优化调控模型进行求解,以得到最优调控结果;所述最优调控结果用于指导蓄冷空调系统的日运行。
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JP2001027429A (ja) * | 1999-07-13 | 2001-01-30 | Kandenko Co Ltd | 氷蓄熱式空調システムの制御方法 |
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