[发明专利]一种计及新风系统的中央空调建模及调控策略

摘要

本发明公开了一种计及新风系统的中央空调建模及调控策略，包括以下步骤：建立中央空调所属建筑物热力学模型，即房间室内、外温度与建筑物冷量的关系；建立计及新风系统的中央空调能耗模型，即空调负荷与决策变量间的关系；确定控制策略，即明确目标函数、控制变量、约束条件等；计算中央空调负荷最大调节潜力，比较不同控制方式下的调节效果，并研究中央空调系统负荷参与负荷跟踪。本发明通过细致建立模型，明确多控制变量协同优化的策略，为计及新风系统的中央空调参与电力系统运行提供了科学理论支持。

主权项

1.一种计及新风系统的中央空调建模及调控策略，中央空调系统运行中涉及三个循环，分别为冷却水循环、冷冻水循环和及新风系统的空气循环，冷却水循环将制冷机中的热量通过冷却水带入冷却塔中冷却，冷冻水循环将制冷机产生的冷量通过冷冻水带入表冷器，冷冻水循环通过表冷器与空气循环进行热交换，风机设置在空气循环中，在冷却水循环上设置定速冷却水泵，在冷冻水循环上设置变速冷冻水泵；其特征在于：包括如下步骤：(1)建立中央空调所属建筑物热力学模型，即建立室内温度、室外温度与建筑物冷量间的关系；中央空调所属建筑物热力学模型为：Qf＝EgQp  (3)根据新风系统的不同，式(1)中的热力学模型有所不同，具体如下：情况一：新风系统的新风通道和排风通道经过表冷器预处理，此时热力学模型为：Qr＝Qf‑∑σQin  (4)情况二：新风系统与中央空调相互独立，此时热力学模型为：Qr＝Qf‑∑σQin‑Qxf   (5)其中：为t时刻的室内温度，为t+1时刻的室内温度，为t时刻的室外温度，为t+1时刻的室外温度，Q_r为房间热负荷，A为导热系数，ε为散热函数；τ为控制时间间隔，T_c为时间常数；Q_f为风机送风冷量，E_g为热交换效率，Q_p为冷冻水泵冷量；σ为热负荷影响系数，Q_in为设备热负荷；Q_xf为新风冷量，C_a为空气比热容，为t时刻的新风温度差，G_xf为新风流量，为t时刻的新风温度；(2)建立计及新风系统的中央空调能耗模型，即建立空调负荷与决策变量间的关系；具体包括如下步骤：(2.1)建立制冷机模型Qp＝EzQz  (9)其中：Pz为制冷机功率，Ez为制冷机热交换效率，Qz为制冷机冷量；μz为制冷机综合系数，COPd为制冷机设计COP值，βC&T为制冷机制冷量因数，βE&T为制冷机EIR温度因数，βE&F为制冷机EIR负荷率因数；βE&F＝CEF1+CEF2μc+CEF3μc2  (10)其中：CEF1、CEF2和CEF3为制冷机特性系数，μc为制冷机部分负荷因素；其中：G_p为冷冻水泵流量，Q_{c_d}为制冷机设计冷量，λ_z为制冷机部分负荷系数，为t时刻的表冷器进风温度，为t时刻的表冷器出风温度；(2.2)建立风机和新风系统模型风机模型如下：其中：P_f为风机功率，μ_f为风机部分负荷因数，λ_f为风机常数，C_f1、C_f2、C_f3、C_f4和C_f5为风机特性系数，G_{a_d}为风机设计流量；P_d为风机设计压力，ε_f为风机总效率，ρ_a为空气密度；为t时刻的风机温度差，为t时刻的风机送风温度；G_f为风机送风流量；情况一时，新风系统模型如下：情况二时，新风系统模型如下：其中：Pxf为新风功率，μxf为新风系统部分负荷因数，λxf为新风系统常数，Cxf1、Cxf2、Cxf3、Cxf4和Cxf5为新风系统特性系数，Gxf_d为新风系统设计流量；μxf为新风部分负荷因数，Pxf_d为新风额定功率，Gxf_d为新风额定流量；(2.3)建立冷冻水泵模型其中：Pp为冷冻水泵功率，μp为冷冻水泵部分负荷因数，Pp_d为冷冻水泵设计功率，Cp1、Cp2、Cp3和Cp4为冷冻水泵特性系数，Gp_d为冷冻水泵设计流量；其中：C_w为水比如容，为t时刻的冷冻水泵温度差，为t时刻的冷冻水泵出水温度，为t时刻的冷冻水泵进水温度；(2.4)建立表冷器、冷却水泵和冷却塔模型表冷器模型如下：其中：为t时刻的表冷器出水温度，为t时刻的表冷器进水温度；情况一时，情况二时，为t时刻的风机回风温度；(2.5)建立计及新风系统的中央空调能耗模型P∑＝Pz+Pf+Pxf+Pp+Ps  (22)其中：P∑为中央空调总功率，Ps为冷却水泵和冷却塔的功率和，Ps为定值；(3)确定控制策略，即确定目标函数、控制变量和约束条件，具体包括如下步骤：(3.1)约束条件①温度约束：tNmin≤tN≤tNmax②风机送风流量约束：Gfmin≤Gf≤Gfmax③新风流量约束：Gxfmin≤Gxf≤Gxfmax④冷冻水泵流量约束：Gpmin≤Gp≤Gpmax其中：tN为目标室内温度，下标min表示下限，下标max表示上限；(3.2)目标函数：中央空调负荷调节的控制目标根据参与电力系统场景的不同有所区别：在日前市场中，目标函数为计算下一天的最大调节潜力；在负荷分配、负荷跟踪环境中，目标函数为最小化空调负荷实际削减量与调度计划间的偏差；在负荷聚合商或售电商竞价中，目标函数为最大化负荷聚合商的利润；(3.3)控制策略评价：控制策略包括目标室内温度控制、新风流量控制和协调控制三种：目标室内温度控制是对目标室内温度tN的上下限进行调节，保持其他控制变量不变的控制；新风流量控制是对新风流量Gxf的上下限进行调节，保持其他控制变量不变的控制；协调控制是对所有可控控制变量进行调节的控制；对不同控制策略，引入综合舒适度指标β，根据模糊隶属度和加权对各种控制策略进行评价：β＝ωT·βT+ωxf·βxf    (23)式中：βT为温度舒适度指标，ωT为βT的权重；βxf为新风舒适度指标，ωxf为βxf的权重。