集中空調(diào)水系統(tǒng)的仿真及上位機(jī)控制器的實(shí)時(shí)優(yōu)化控制研究.pdf

1、集中空調(diào)在為人們營(yíng)造舒適環(huán)境的同時(shí)也帶來(lái)了嚴(yán)峻的能耗問題,空調(diào)節(jié)能勢(shì)在必行.在影響空調(diào)系統(tǒng)能耗的眾多因素中,自動(dòng)控制系統(tǒng)是很重要的方面.隨著越來(lái)越多大型樓宇中BMS系統(tǒng)的日益廣泛化,對(duì)整個(gè)建筑物的空調(diào)及其他系統(tǒng)進(jìn)行集成化管理和最優(yōu)化控制已成為可能.當(dāng)集中空調(diào)系統(tǒng)處于部分負(fù)荷時(shí),如何通過上位機(jī)控制器的優(yōu)化控制管理、實(shí)時(shí)合理地給出各下位機(jī)控制器的控制變量設(shè)定值以及系統(tǒng)中各設(shè)備的啟停運(yùn)行模式?這些問題的解決好壞對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的能耗影響巨大,尤其在

2、集中空調(diào)水系統(tǒng)中,管路復(fù)雜能耗大,若加強(qiáng)其優(yōu)化控制研究,必能開發(fā)整個(gè)空調(diào)系統(tǒng)的巨大節(jié)能潛力.當(dāng)前這方面的研究盡管已經(jīng)開始,但尚有很多工作有待進(jìn)一步深入.該文將空調(diào)系統(tǒng)的仿真模擬與優(yōu)化控制相結(jié)合,首先選擇比較典型的水冷式二級(jí)泵集中空調(diào)系統(tǒng),在國(guó)際能源組織IEA第30子課題Annex 30多年研究成果的基礎(chǔ)上,建立了系統(tǒng)各設(shè)備的部件模型和控制系統(tǒng)部件模型,對(duì)主要模型參數(shù)的辨識(shí)方法進(jìn)行分析,同時(shí)對(duì)其準(zhǔn)確性給予驗(yàn)證;在此基礎(chǔ)上,建立了以TRNS

3、YS為仿真平臺(tái)的集中空調(diào)水系統(tǒng)數(shù)字仿真器;通過必備數(shù)據(jù)文件的輸入和對(duì)所有下位機(jī)控制回路PID參數(shù)的調(diào)試,最終完成可用于評(píng)估各種上位機(jī)優(yōu)化控制方案的空調(diào)水系統(tǒng)數(shù)字仿真器.在集中空調(diào)水系統(tǒng)的優(yōu)化控制研究中,首先從冷凍水側(cè)基本自動(dòng)控制系統(tǒng)的局部角度出發(fā),設(shè)計(jì)了二級(jí)泵系統(tǒng)的上位機(jī)控制器,以對(duì)用戶端AHU供回水壓差進(jìn)行實(shí)時(shí)優(yōu)化,并通過仿真試驗(yàn)分析了其對(duì)系統(tǒng)控制穩(wěn)定性和系統(tǒng)能耗的影響;接著,又在他人研究的基礎(chǔ)上,從整個(gè)冷凍水子系統(tǒng)的角度出發(fā),設(shè)計(jì)了

4、具有變速泵的冷凍水供水系統(tǒng)上位機(jī)控制器,以對(duì)冷凍水供水溫度和壓差同時(shí)進(jìn)行實(shí)時(shí)優(yōu)化.有關(guān)仿真結(jié)果表明,該上位機(jī)控制器具有一定的控制穩(wěn)定性和可實(shí)施性,同時(shí)能有效改善二級(jí)泵系統(tǒng)上位機(jī)控制器的控制'超調(diào)'現(xiàn)象,并能對(duì)整個(gè)冷凍水系統(tǒng)帶來(lái)更多的節(jié)能效益.其次,又從集中空調(diào)冷卻水側(cè)基本自動(dòng)控制系統(tǒng)的局部角度出發(fā),在他人研究基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了適合于具有多級(jí)變速風(fēng)機(jī)的冷卻塔風(fēng)扇上位機(jī)控制器,以對(duì)風(fēng)扇風(fēng)量和運(yùn)行臺(tái)數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)控制.有關(guān)仿真試驗(yàn)結(jié)果表明,該上位機(jī)控制

5、器較之傳統(tǒng)的PID反饋控制方式能夠明顯改善控制效果,并且節(jié)約冷卻水側(cè)總能耗.最后,在局部上位機(jī)優(yōu)化控制的研究基礎(chǔ)上,該文又設(shè)計(jì)了集中空調(diào)水系統(tǒng)層次的在線可預(yù)測(cè)性上位機(jī)控制器,該控制器基于簡(jiǎn)單的物理特性及自適應(yīng)控制技術(shù)的模型參數(shù)在線辨識(shí),以水系統(tǒng)總能耗為目標(biāo)函數(shù),能通過自校正式的在線仿真對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)行特性和控制特性進(jìn)行實(shí)時(shí)預(yù)測(cè),同時(shí)采用基因遺傳優(yōu)化算法求解各控制變量在預(yù)測(cè)時(shí)間段內(nèi)的最優(yōu)設(shè)定值.該方法在目前集中空調(diào)水系統(tǒng)的優(yōu)化控制研究中尚鮮有