[發明專利]聯合供冷系統的遞階優化方法

有效

• 申請號: 201510225593.6
• 申請日: 2015-05-05
• 公開（公告）號: CN104898422B
• 公開（公告）日: 2018-05-04
• 發明（設計）人: 蔡旭;劉楚暉;鄭毅
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 上海漢聲知識產權代理有限公司31236
• 代理人: 徐紅銀,郭國中

技術領域

本發明涉及能源網調度領域，特別是一種由常規電制冷機和冰蓄冷系統構成的聯合供冷系統的遞階優化方法。

背景技術

由于大型城市普遍存在用地緊張的問題，為了利用有限的土地面積盡可能增大城市容量，高層建筑成為城市設計者們理想的選擇。高層建筑往往具有獨立的供冷網絡，提供整棟樓各種各樣的用冷需求。隨著各種新興技術的出現以及分時電價政策的推廣，僅僅使用常規電制冷機組的供冷系統經濟效益不能令人滿意，為了提高高層建筑供冷系統的經濟效益，多供冷機組互補協同系統應用得越來越普遍。典型的多供冷機組互補協同系統一般包括：冰蓄冷、常規電制冷機，冷熱電三聯供及地源熱泵等，其中常規電制冷機和冰蓄冷一般共同承擔90％以上的冷負荷。由于能夠自主控制儲能與用能時段，冰蓄冷系統越來越受到人們的青睞，有效地對其與常規電制冷機進行協調控制是確保該協同系統節能降耗并提高經濟效益的關鍵。

目前冰蓄冷系統與常規電制冷機組的聯合控制多停留在定性層面，即在電價谷時制冰蓄冷，在電價峰時融冰放冷，缺乏對整個系統定量的分析與控制，這樣導致了其控制方法并不優越，而且由于電制冷機從啟動達到設定的供冷功率有一個動態過程，所以僅僅考慮穩態的控制方法難以確保整個系統的實際供冷功率迅速跟上預測負荷。因此，需要研究一種優化控制方法使得系統在動態過程中保證總負荷的前提下高效經濟運行。

對于高層建筑供冷系統這樣一個分布式系統，通常可采用一般穩態優化方法對其進行調度,然而由于電制冷機動態響應問題，進一步采用分布式預測控制優化電制冷機供冷功率動態性能。對于分布式系統的動態控制，目前已經由集中式向分布式控制結構轉化，因為集中式控制會導致方法復雜且計算量偏大。在實際工業應用中，模型預測控制(MPC)可以通過被控對象的脈沖或階躍響應序列預測對象未來變化并且可自然引入過程時滯，對于多變量系統可以獲得比常規控制方法更加優秀的控制效果。在大型系統中，傳統的模型預測控制衍生出分布式預測控制(DMPC)這種形式，將大型系統分解成多個子系統，子系統與子系統之間數據相互交流，每個子系統利用自身以及其余子系統的數據來完成自身的MPC問題的求解，顯著降低了計算量并可以達到整個系統的最優狀態。

因此，本發明擬借鑒以上對耦合系統的協調方法，研究目標耦合但子系統間不耦合的分布式系統的動態優化，使得整個系統在確保提供總預測冷負荷的前提下高效經濟運行。

發明內容

針對現有技術存在的上述不足，本發明提出了一種聯合供冷系統的遞階優化方法，該方法對電制冷機和蓄冰槽進行經濟性建模并且運用混合整數規劃的方法得到經濟指標最優條件下各電制冷機與蓄冰槽的穩態運行時的供冷功率；下層運用分布式預測控制方法保證各電制冷機和蓄冰槽在動態過程中盡可能跟蹤上層經濟優化得出的穩態設定值并且總供冷功率跟蹤預測負荷，解決目標耦合但子系統不耦合的分布式預測控制問題。

為實現上述的目的，本發明提供一種聯合供冷系統的遞階優化方法，所述聯合供冷系統是由常規電制冷機和冰蓄冷系統構成的聯合供冷系統，所述方法具體包括如下步驟：

步驟S1：利用電制冷機運行數據擬合其耗電功率關于制冷功率和冷卻水進口溫度的函數；

步驟S2：利用上一步驟中得到的電制冷機耗電功率關于其制冷功率和冷卻水進口溫度的函數建立電制冷機供冷的經濟模型并進而建立冰蓄冷系統供冷的經濟模型，最終形成穩態經濟優化問題的目標函數和約束條件并進行求解，得到各電制冷機和蓄冰槽在經濟效益最優條件下的啟停狀態和供冷功率；

步驟S3：在上一步驟的基礎上，設計目標耦合的協調分布式預測控制方法重新優化整個供冷系統在每一采樣時刻各電制冷機的實時供冷功率設定值以提高整個系統響應負荷的動態性能；

步驟S4：利用迭代方法求解上述分布式預測控制問題，得到各電制冷機每一采樣時刻的供冷功率設定值。

較佳地，所述的步驟S1中：離心式電制冷機最重要的性能參數能效比為制冷功率與耗電功率的比率。工程實踐中，需要根據實際的冷卻水進口溫度、耗電功率和制冷功率等數據通過回歸分析將耗電功率表示成為冷卻水進口溫度和制冷功率二元二次函數形式以便利用數學規劃工具進行后續步驟優化問題的求解。

較佳地，所述步驟S2中：每臺電制冷機有開啟和關閉兩個工作狀態，故采用0-1離散變量Y來描述電制冷機的工作狀態。對于雙工況電制冷機空調工況和制冰工況的區分則需使用兩個0-1離散變量來分別描述。電制冷機的制冷功率則用連續變量來描述。根據步驟S1中進行的回歸分析，對于常規電制冷機，其耗電功率可以表示成關于制冷功率與冷卻水進口溫度的二元二次函數：