[发明专利]联合供冷系统的递阶优化方法

摘要

本发明提供了一种针对由常规电制冷机和冰蓄冷系统构成的联合供冷系统的递阶优化方法，首先根据各冷源经济模型和分时电价政策，采用混合整数规划方法，优化各冷源的开启状态及最优功率设定值，同时考虑到各冷源的动态调节特性以及物理约束，为了更好地提高系统动态性能，设计目标耦合的协调分布式预测控制方法，在分布式框架下重新优化各冷源的设定值，使得各冷源在动态过程中保证总负荷的同时尽可能跟踪最优制冷功率设定值。本发明分别采用混合整数规划和分布式预测控制方法定量解决联合供冷系统的稳态和动态调度问题，为供冷系统能源管理与优化调度提供合理的建议。

主权项

一种联合供冷系统的递阶优化方法，所述联合供冷系统是由常规电制冷机和冰蓄冷系统构成的联合供冷系统，其特征在于，所述方法包括如下步骤：步骤S1：利用电制冷机运行数据拟合其耗电功率关于制冷功率和冷却水进口温度的函数；步骤S2：利用上一步骤中得到的电制冷机耗电功率关于其制冷功率和冷却水进口温度的函数建立电制冷机供冷的经济模型并进而建立冰蓄冷系统供冷的经济模型，最终形成稳态经济优化问题的目标函数和约束条件并进行求解，得到各电制冷机和蓄冰槽在经济效益最优条件下的启停状态和供冷功率；步骤S3：在上一步骤的基础上，设计目标耦合的协调分布式预测控制方法重新优化整个供冷系统在每一采样时刻各电制冷机的实时供冷功率设定值以提高整个系统响应负荷的动态性能；步骤S4：利用迭代方法求解上述分布式预测控制问题，得到各电制冷机每一采样时刻的供冷功率设定值；所述的步骤S1中：离心式电制冷机最重要的性能参数能效比为制冷功率与耗电功率的比率，根据实际的冷却水进口温度、耗电功率和制冷功率数据通过回归分析将耗电功率表示成为冷却水进口温度和制冷功率二元二次函数形式，以便利用数学规划工具进行后续步骤优化问题的求解；所述步骤S2中：每台电制冷机有开启和关闭两个工作状态，采用0‑1离散变量Y来描述电制冷机的工作状态；对于双工况电制冷机空调工况和制冰工况的区分则使用两个0‑1离散变量来分别描述；电制冷机的制冷功率则用连续变量来描述；根据步骤S1中进行的回归分析，对于常规电制冷机，其耗电功率Pin表示成关于制冷功率Pout与冷却水进口温度Tcin的二元二次函数：Pin=g(Pout,Tcin)---(1)]]>于是电制冷机供冷产生的电费花销C为：C=Y×g(Pout,Tcin)×p×t---(2)]]>其中p为供冷时段电价，t为供冷时段时间长度，Y为电制冷机启停标志，为步骤S1中拟合出的电制冷机耗电功率关于制冷功率和冷却水进口温度的函数；在忽略蓄冰槽储冷量随储存时间损耗的前提下，为了考量蓄冰槽供冷的花销，引入蓄冰槽冷量均价ps概念，描述单位冷量的价格，这个价格与充冷量、充冷时段电价和双工况电制冷机制冰工况输入输出关系相关，由下式定义：ps=psWinit+ptinPm-pinittoutPsYsWinit+tinPm-toutPsYs---(3)]]>其中pinit为冷量均价初值，Winit为蓄冰槽冷量初值，tin为冲冷时间，tout为放冷时间，Pm为双工况电制冷机总制冰功率，Ps为蓄冰槽供冷功率，Ys为蓄冰槽供冷启停标志；由蓄冰槽冷量均价的定义看出，在不考虑储冷量随时间损耗的前提下，均价与蓄冰槽是否放冷无关，只在蓄冰槽冲冷时可能改变；蓄冰槽储冷量增量ΔW为：ΔW＝tinP‑toutPsYs   (4)目标函数为各种电制冷机空调工况供冷与蓄冰槽供冷所需电费之和：minYi,Ys,Pout,i,PsJ=ptΣYigi(Pout,i,Tc,iin)+pstPsYs---(5)]]>p为供冷时段电价，t为供冷时段时间长度，Yi为第i台电制冷剂启停标志，为第i台电制冷机耗电功率关于制冷功率和冷却水进口温度的函数，其中Pout,i为第i台电制冷机供冷功率，Tc,iin为第i台电制冷机冷却水进口温度，Ys为蓄冰槽供冷启停标志，ps为蓄冰槽冷量均价，Ps为蓄冰槽供冷功率，Ys为蓄冰槽供冷启停标志；约束条件包括供冷功率与预测负荷平衡、各电制冷机额定功率限制、蓄冰槽储冷量上下限和冰蓄冷系统工作模式唯一：YiPout,i+PsYs=PpαiPi,rated≤Pout,i≤Pi,ratedWmin≤W≤WmaxYs×Yice=0Yice×Yair,i=0,i=1,2,...,N---(6)]]>其中Yi为第i台电制冷剂启停标志，Pout,i为第i台电制冷机供冷功率，Ps为蓄冰槽供冷功率，Ys为蓄冰槽供冷启停标志，Pp为预测负荷，αi∈(0,1)为第i台电制冷机最小输出功率比例，Pi,rated为第i台电制冷机额定输出功率，W为蓄冰槽储冷量，Wmax和Wmin为蓄冰槽储冷量上下限；Yice为双工况制冷机制冰工况启停标志，默认制冰工况时所有双工况冷机同时开启，加快制冰速度；Yair,i为第i台双工况制冷机空调工况启停标志，共N台双工况制冷机；最后，在形成稳态经济优化问题的目标函数和约束条件的前提下对上述优化问题进行求解，得到各电制冷机和蓄冰槽在经济效益最优条件下的启停状态和供冷功率。