[發(fā)明專利]一種需求響應(yīng)模式下中央空調(diào)系統(tǒng)的分布式能量?jī)?yōu)化管理方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011105502.2
• 申請(qǐng)日: 2020-10-15
• 公開（公告）號(hào): CN112413823A
• 公開（公告）日: 2021-02-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 高賜威;馬思思
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京淳寧電力科技有限公司
• 主分類號(hào): F24F11/47
• 分類號(hào): F24F11/47;F24F11/62
• 代理公司: 深圳至誠(chéng)化育知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 44728
• 代理人: 劉英

1.一種需求響應(yīng)模式下中央空調(diào)系統(tǒng)的分布式能量?jī)?yōu)化管理方法，其特征在于：包括如下步驟：

(1)根據(jù)中央空調(diào)系統(tǒng)工作原理，構(gòu)建中央空調(diào)系統(tǒng)物理模型及用戶舒適度模型；

(2)對(duì)需求響應(yīng)模式下的中央空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行穩(wěn)態(tài)功率需求分析；

(3)以最大化用戶舒適度為目標(biāo)，構(gòu)建中央空調(diào)系統(tǒng)集中式能量?jī)?yōu)化管理模型；

(4)采用ADMM算法將中央空調(diào)系統(tǒng)集中式能量?jī)?yōu)化管理模型分解成針對(duì)本地子系統(tǒng)的分布式能量?jī)?yōu)化管理模型；

(5)對(duì)所建分布式優(yōu)化模型進(jìn)行求解。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的需求響應(yīng)模式下中央空調(diào)系統(tǒng)的分布式能量?jī)?yōu)化管理方法，其特征在于：所述步驟(1)中，根據(jù)中央空調(diào)系統(tǒng)工作原理，構(gòu)建中央空調(diào)系統(tǒng)物理模型及用戶舒適度模型，具體為：

(1-1)制冷系統(tǒng)模型：

制冷系統(tǒng)由壓縮機(jī)、蒸發(fā)器、冷凝器和單向閥組成，一個(gè)中央空調(diào)系統(tǒng)中通常有多臺(tái)制冷機(jī)，每臺(tái)制冷機(jī)產(chǎn)生的冷量如下式：

式中：表示冷量，kW；c^w表示水的比熱容值，kJ/(kg*℃)；表示冷凍水的質(zhì)流量，kg/s；和分別表示冷凍水的進(jìn)水溫度和出水溫度，℃；ε^e表示制冷機(jī)的熱傳遞效率；

冷凍水出水溫度與冷凍水設(shè)定溫度有關(guān)，在制冷機(jī)達(dá)到穩(wěn)態(tài)運(yùn)行情況下，若設(shè)定溫度不變，則當(dāng)前出水溫度等于上一時(shí)刻出水溫度；若設(shè)定溫度發(fā)生了變化，則當(dāng)前出水溫度按照制冷機(jī)內(nèi)置工作邏輯進(jìn)行變化，具體如下式：

式中：T_i^w,sp表示冷凍水設(shè)定溫度，℃；t^set為制冷機(jī)出水溫度的調(diào)整時(shí)刻；f(·)表示制冷機(jī)內(nèi)置工作邏輯函數(shù)，即出水溫度變化情況與出水溫度設(shè)定值、出水溫度的調(diào)整時(shí)刻及前一時(shí)刻水溫有關(guān)：

式中：和分別表示冷凍水回水管道以及旁通回路中的水流量，kg/s；T_t^w,pi_r,out和T_t^w,pi_s,in分別表示回水管道出水口以及供水管道進(jìn)水口的水溫，℃；

制冷壓縮機(jī)是制冷系統(tǒng)中唯一的電功率消耗部件，其電功率計(jì)算如下式：

EER_t,i＝a₀+a₁PLR_t,i+a₂(PLR_t,i)²+a₃(PLR_t,i)³+a₄(PLR_t,i)⁴ (5)

式中：為制冷壓縮機(jī)電功率，kW；EER_t,i為制冷能效比，與制冷壓縮機(jī)的部分負(fù)載率PLR_t,i相關(guān)；為制冷壓縮機(jī)的額定制冷量，kW；

(1-2)水系統(tǒng)模型：

冷凍水通過在冷水管道中循環(huán)流動(dòng)，將冷量從制冷機(jī)傳遞到用戶側(cè)，冷凍水系統(tǒng)由制冷機(jī)、冷凍水泵、分水器、集水器、冷水管道、冷水閥以及風(fēng)機(jī)盤管組成，從不同制冷機(jī)流出的冷凍水先在供水管道中匯合，接下來在二級(jí)泵的動(dòng)力作用下在冷水系統(tǒng)中進(jìn)行運(yùn)輸，最后通過分水器分送到各風(fēng)機(jī)盤管處對(duì)室內(nèi)空氣制冷；

1)冷凍水循環(huán)系統(tǒng)中的質(zhì)流量守恒：

式中：i為制冷機(jī)與一級(jí)泵編號(hào)，j為二級(jí)泵編號(hào)，l為用戶區(qū)域與風(fēng)機(jī)盤管編號(hào)；和分別為流經(jīng)一級(jí)泵、旁通回路、二級(jí)泵、供水管道、風(fēng)機(jī)盤管以及回水管道的冷凍水質(zhì)流量，kg/s；

2)供水管道入口處水溫：

式中：T_t^w,pi_s,in為供水管道入口處水溫，℃；

3)回水管道入口處水溫：

式中：T_t^w,pi_r,in為回水管道入口處水溫，℃；為風(fēng)機(jī)盤管出口處水溫，℃；

4)冷凍水泵模型：

流經(jīng)冷凍水泵的冷凍水質(zhì)流量及水泵水頭關(guān)系如下：

式中：為冷凍水泵水頭，m；為流經(jīng)冷凍水泵的冷凍水質(zhì)流量，kg/s；B、K為冷凍水泵的性能系數(shù)，為常數(shù)；

冷凍水泵消耗的電功率如下：

式中：g為重力加速度，m/s²；η^pu為冷凍水泵工作效率；

(1-3)風(fēng)系統(tǒng)模型：

每個(gè)用戶區(qū)域末端的風(fēng)系統(tǒng)中都有一個(gè)空氣處理單元用于冷凍水與室內(nèi)空氣進(jìn)行熱交換，由空氣混合箱、風(fēng)機(jī)盤管及末端風(fēng)機(jī)組成；

1)空氣混合箱

用戶區(qū)域回風(fēng)和新風(fēng)在空氣混合箱內(nèi)均勻混合后，在風(fēng)機(jī)的動(dòng)力作用下被吹到風(fēng)機(jī)盤管中與冷凍水進(jìn)行熱交換，混合風(fēng)量以及溫度計(jì)算如下式：

式中：和分別表示每個(gè)區(qū)域的混合風(fēng)量、回風(fēng)量、排風(fēng)量以及新風(fēng)量，kg/s；及T_t^out分別表示每個(gè)區(qū)域的室內(nèi)溫度、回風(fēng)溫度、新風(fēng)溫度、混合風(fēng)溫度以及室外溫度，℃；

每個(gè)空氣處理單元中空氣量需保持平衡才能使得室內(nèi)氣壓穩(wěn)定，具體如下式：

2)風(fēng)機(jī)盤管

風(fēng)機(jī)盤管中，室內(nèi)空氣與冷凍水進(jìn)行熱交換所消耗的冷量計(jì)算過程如下：

式中：為風(fēng)機(jī)盤管中消耗的冷量，kW；為風(fēng)機(jī)盤管的熱傳遞效率；為空氣側(cè)或水側(cè)的較小熱容值，kJ/℃；和分別為風(fēng)機(jī)盤管空氣側(cè)的進(jìn)氣溫度與水側(cè)的進(jìn)水溫度，℃；和分別為風(fēng)機(jī)盤管水側(cè)的冷凍水質(zhì)流量和空氣側(cè)的混合回風(fēng)質(zhì)流量，kg/s；T_t^w,pi_s,out為冷凍水供水管道出口處水溫，℃；

室內(nèi)混合回風(fēng)在風(fēng)機(jī)盤管中冷卻后由送風(fēng)機(jī)吹向用戶區(qū)域內(nèi)，風(fēng)機(jī)盤管中的冷凍水溫度上升，具體計(jì)算過程如下；

式中：為各區(qū)域送風(fēng)溫度，℃；為風(fēng)機(jī)盤管的出水溫度，℃；

3)風(fēng)機(jī)

空氣處理單元中包含四種風(fēng)機(jī)：送風(fēng)機(jī)、排風(fēng)機(jī)、新風(fēng)機(jī)以及回風(fēng)機(jī)，風(fēng)機(jī)消耗的電功率可表示為內(nèi)部空氣質(zhì)流量的立方多項(xiàng)式形式；

式中：P_t^f為風(fēng)機(jī)電功率，kW；為風(fēng)機(jī)內(nèi)部空氣質(zhì)流量，kg/s；c_0-3為風(fēng)機(jī)的性能系數(shù)；

(1-4)用戶區(qū)域熱參數(shù)模型：

每個(gè)用戶區(qū)域的熱參數(shù)模型如下：

式中：C_l和R_l分別為區(qū)域熱容和熱阻；和分別為區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生的總熱量、輻射得熱量、對(duì)流得熱量以及內(nèi)部物體散熱量，kW；為送入?yún)^(qū)域的冷量，kW；

區(qū)域內(nèi)空氣溫度的變化過程如下：

為簡(jiǎn)化表示，上式可轉(zhuǎn)化為：

由此可知，下一時(shí)刻的室內(nèi)溫度由當(dāng)前時(shí)刻的室內(nèi)溫度、室外溫度以及房間得熱量共同決定；

(1-5)用戶舒適度模型：

從室內(nèi)空氣溫度和空氣質(zhì)量?jī)蓚€(gè)角度來定義用戶舒適度，選取室內(nèi)溫度與用戶設(shè)定溫度之間的偏差作為空氣溫度舒適度的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，選取區(qū)域新風(fēng)風(fēng)量占比作為空氣質(zhì)量舒適度的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，并采用模糊隸屬度方法將空氣溫度舒適度和空氣質(zhì)量舒適度結(jié)合起來，構(gòu)建用戶綜合舒適度評(píng)價(jià)指標(biāo)；

將用戶空氣溫度舒適度定義為室內(nèi)溫度與用戶設(shè)定溫度之間的偏差，如下式：

式中：表示用戶空氣溫度舒適度，值越小舒適度越高；為用戶設(shè)定溫度；

采用區(qū)域新風(fēng)風(fēng)量占比來評(píng)價(jià)空氣質(zhì)量舒適度，新風(fēng)量超過50％即認(rèn)為達(dá)到空氣質(zhì)量舒適度最大值，新風(fēng)量低于10％即認(rèn)為達(dá)到空氣質(zhì)量舒適度最小值，新風(fēng)風(fēng)量占比如下式：

式中：為區(qū)域l中風(fēng)機(jī)的最大風(fēng)量，kg/s；

根據(jù)模糊隸屬度將和分別映射為[0,1]內(nèi)的值，對(duì)應(yīng)和引入權(quán)重系數(shù)計(jì)算用戶綜合舒適度，如下式：

式中：β_t,n表示用戶綜合舒適度；和分別表示空氣溫度舒適度和空氣質(zhì)量舒適度的權(quán)重系數(shù)，β_t,n值越大，用戶綜合舒適度越高。