[发明专利]基于D-S证据理论的中央空调冷却塔出水温度控制方法

权利要求书

1.一种基于D-S证据理论的中央空调冷却塔出水温度控制方法，其特征在于，它包括：

步骤S1、采用机理建模和数据辨识方法建立中央空调系统中冷却塔、冷却水泵和冷水机组的数字孪生模型；具体包括：

构建冷水机组的物理模型、逻辑模型和仿真模型，所述冷水机组用于为所述冷水机组的物理模型的末端提供某一温度的冷冻水，所述冷水机组包括压缩机、蒸发器、冷凝器和节流阀；

构建冷却塔的物理模型、逻辑模型和仿真模型；

构建冷却水泵的物理模型、逻辑模型和仿真模型；其中，

所述逻辑模型的构建包括：依据中央空调系统各个物理实体之间的逻辑机理关系建立可控制的闭环逻辑模型，将物理模型映射至逻辑模型；

所述仿真模型的构建包括：基于采集的中央空调系统的运行数据、状态数据、物理属性数据搭建中央空调系统仿真模型；

将所述物理模型、逻辑模型和仿真模型进行虚实融合，构建冷却塔、冷却水泵和冷水机组物理实体在虚拟空间的系统级数字孪生模型；

将冷却塔、冷却水泵和冷水机组的多工况实时运行数据接入所述系统级数字孪生模型，采用反向辨识方法对所述系统级数字孪生模型的仿真结果进行自适应辨识修正，获得辨识修正后的中央空调系统中冷却塔、冷却水泵和冷水机组的数字孪生模型；

步骤S2、采集中央空调系统运行过程中不同类型的传感器参数，并作为反映冷却塔出水温度的原始样本数据；所述原始样本数据至少包括冷却塔进水温度、冷却塔进水流量、冷却塔进风量、空气湿球温度、水气质量比和冷却塔出水温度；

步骤S3、对所述原始样本数据进行预处理和主成分分析、相关性分析后获得输入数据集，将输入数据集输入至各个智能预测算法中进行训练，得到多个所述智能预测算法对应的冷却塔出水温度预测模型；

步骤S4、采用D-S证据理论对多个所述冷却塔出水温度预测模型的预测结果进行权重提取和融合，获得最终的冷却塔出水温度预测值；

步骤S5、将所述冷却塔出水温度预测值与设定的冷却塔出水温度值进行比较，若不一致，则以冷却水系统能耗为目标函数，设置相应的约束条件，并采用智能寻优算法求解获得能耗最优的冷却水泵和冷却塔风机的运行频率组合，再通过调节冷却水泵和冷却塔风机变频运行，使冷却塔出水温度达到设定值，实现对冷却塔出水温度的控制；

所述冷水机组的仿真模型建立包括：

忽略压缩机的吸排气压力损失以及忽略压缩机与环境换热，建立压缩机模型表示为：

其中，m_r为制冷剂质量流量；V_th为压缩机理论输气量；v₁为压缩机吸气比容；ξ为输气系数；P_ths为压缩机等熵压缩过程的理论耗功；P_i为压缩机实际压缩过程的耗功，即为指示功率；P_el为压缩机实际压缩过程所需输入的电功率，即功率计所测得的功率；k为等熵压缩指数；P_e为蒸发压力，即压缩机吸气压力；P_k为冷凝压力，即压缩机排气压力；η_i为压缩机的指示效率；η_el为压缩机的电效率；h₂为压缩机出口制冷剂焓值；h₁为压缩机进口制冷剂焓值；

所述冷凝器的仿真模型建立包括：

忽略冷凝器与外界的换热，将制冷剂以及冷却水的流动视为一维均匀流动，获得冷凝器内换热过程表示为：

Q_c＝m_w,cc_p,w(t_wo,c-t_wi,c)＝m_r(h_ri,c-h_ro,c)；

Q_1,c＝K_1,cF_1,cΔt_1,c；

Q_2,c＝K_2,cF_2,cΔt_2,c；

Q_3,c＝K_3,cF_3,cΔt_3,c；

其中，Q_c为冷凝器总换热量；m_w,c为冷却水流量；c_p,w为水的定压比热；t_wi,c为冷却水进口温度；t_wo,c为冷却水出口温度；t_ri,c为制冷剂进口温度；t_ro,c为制冷剂出口温度；t_r,c为冷凝温度；m_r为制冷剂流量；h_ri,c为冷凝器入口制冷剂焓值；h_ro,c为冷凝器出口焓值；Q_1,c、Q_2,c、Q_3,c分别为冷凝器过热区、两相区和过冷区换热量；F_1,c、F_2,c、F_3,c分别为冷凝器过热区、两相区和过冷区的换热面积；Δt_1,c、Δt_2,c、Δt_3,c分别为冷凝器过热区、两相区和过冷区的换热温差；K_1,c、K_2,c、K_3,c分别为冷凝器过热区、两相区和过冷区传热系数；

所述蒸发器的仿真模型建立包括：

忽略蒸发器与外界的换热，将制冷剂与冷冻水的流动视为一维均匀流动，获得蒸发器内换热过程表示为：

Q_e＝m_w,ec_p,w(t_wi,e-t_wo,e)＝m_r(1-x)(h_ro,e-h_ri,e)；

Q_1,e＝K_1,eF_1,eΔt_1,e；

Q_2,e＝K_2,eF_2,eΔt_2,e；

其中，Q_e为蒸发器换热量；m_w,e为冷冻水流量；t_wi,e为蒸发器进口冷冻水温度；t_wo,e为蒸发器出口冷冻水温度；t_w1,e为两相区入口冷冻水温度；h_ri,e为蒸发器入口焓值；h_ro,e为蒸发器出口焓值；x为蒸发器入口制冷剂干度；Q_1,e为蒸发器过热区换热量；Q_2,e为蒸发器两相区换热量；Δt_1,e为蒸发器过热区换热温差；Δt_2,e为蒸发器两相区换热温差；t_ro,e为压缩机吸气温度，即蒸发器出口制冷剂温度；t_r,e为蒸发温度；

所述节流阀的仿真模型建立包括：

热力膨胀阀由感温包中感温介质的压力P_b提供开阀力，由蒸汽压力P_c和弹簧力提供关阀力，弹簧力在阀处于关闭状态时最小，为ΔP_min；阀的位移y与P_b、P_c、ΔP_min之间的关系表示为：y＝k(P_b-P_c-ΔP_min)；k为弹簧弹性系数的倒数；

所述冷却水泵的仿真模型建立包括：

水泵的转速比f定义为水泵电机转速n与额定电机转速n₀之比，表示为：

水泵扬程、水泵效率与水泵流量及转速比的关系表示为：

其中，H_pu为水泵扬程；m_w为水泵质量流量；η_pu为水泵效率；h₀₁、h₀₂、h₀₃、h₁₁、h₁₂、h₁₃为拟合系数；

所述冷却塔的仿真模型建立包括：

冷却塔的总传热速率表示为：Q＝ε_am_a(h_a,w,i-h_a,i)；ε_a为空气侧传热速率；m_a为空气的质量流量；h_a,w,i为冷却水入口处湿空气的焓值；h_a,i为冷却塔空气入口处湿空气的焓值；

冷却塔出水口处水的质量流量表示为：m_w,o＝m_w,i-m_a(w_a,o-w_a,i)+m_m；m_m为补充水的质量流量；w_a,o为冷却塔出风口处空气含湿量；w_a,i为冷却塔进风口处空气湿度含量；m_w,i为冷却塔进水口出口的质量流量。