探究基于模型的离心式制冷机组系统优化控制方案

车春鸿

摘要：本文是针对基于模型的离心式制冷机组系统优化控制方案的探究与分析。提出的这种控制优化方案是在对系统的日常调试以及机组自身所提供的可靠数据的充分利用的前提下，运用简化模型的方式来评价估算单台制冷机的产冷能力以及它瞬时的制冷量，并对在特定负荷下台数不同的运行机组的系统总电功率做出预测，寻找探求最优离心式制冷机的台数组合，从而能够获得最大化的制冷机组系统的性能参数。

关键词：离心式制冷机 优化控制 性能参数 探究

中图分类号：TB651 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2012）10（b）-0067-01

在空调运行系统中，对制冷机组台数的控制属于基本控制的范围。机组运行台数的确定是由两个重要参数来决定的，这两个参数是空调运行系统中各台制冷机所能产冷的能力（即最大制冷量）和建筑物的负荷。在考虑建筑物负荷的前提下，实际中主要有三种方法来实现对制冷机组运行台数的控制。这三种方法分别是：以冷冻水的回水温度为表征参数，来控制制冷机组的运行；通过对冷冻水流量值和制冷机额定流量值的比较，来控制制冷机组的运行台数；用测量出的冷冻水供回水的温差和流量确定此建筑物的空调制冷负荷，然后比较此值和制冷机的最大制冷量，来控制制冷机组的运行台数。在这三种方法中，制冷机最大的制冷量均是以生产厂家所提供的额定制冷量为准的，但事实上它是受平常运行状况以及各部件性能等的影响的，在大多数情况下是与额定制冷量不相等的。

1 优化控制的模型

在稳定的情况下，特定水流量的制冷机组的负荷是冷凝水的进水温度、冷冻水的供水温度以及回水温度这三个参数的函数。因为在制冷机中，冷冻水的供回水的温差直接关系着其压缩机内进口导叶的开启程度，所以我们可以用进口导叶的开启程度来代替冷冻水的回水温度。方程式（1）是用来描述上面关系的数学模型，即制冷机的制冷量与其进口导叶开启程度的模型；方程（2）是制冷机电功率与制冷量的模型。由方程（1）可以推导出一台离心式的制冷机的产冷能力方程，即方程（3）。

Q=a0+a1TchwsA+a2T2chwsA+a3TecwA+

a4T2ecwA+a5TchwsTecwA （1）

Wchiler=-Q+Q（Tecw/Tchws）+（c0Tecw/Tchws—c1）+c2Q （2）

CAP=a0+a1TchwsA+a2T2chwsA+a3TecwA+a4T2ecwA+a5TchwsTecwA|A=1 （3）

上式中，Q为制冷机的制冷能力或者表示空调的负荷；Tchws为冷冻水的供水温度；Tecw为冷凝水的进水温度；A为制冷机进口导叶的开启程度，当其为零时即为全部关闭，其为1时即全部打开；CAP为最大的制冷量；Wchiler为制冷机的电功率；a0-a5和c0-c2为线性回归系数。

2 模型在线识别以及验证的情况

通过对模型的识别来确定一些未知参数。因为例行的调试可以有效保障机组的正常运行以及得到正确的测量数据，所以完成制冷机组的调试后再进行程序的识别。先导制冷机是该系统控制器控制运行的第1台制冷机。在第1台制冷机运行的同时，控制器需要确定整个系统的稳定性，确定完成后再将模型的识别程序激活。

模型的训练数据是从处于稳定状态的制冷机模拟程序中得到的，识别未知参数的方法是采用最小二乘的回归法。通过模拟程序得到的制冷机制冷量与其进口导叶开启程度的模型以及其电功率和制冷量的模型中的起决定性的系数R2都大于91.9%，并且两个模型差异系数较小，所以通过模拟程序识别出的模型是具有较高精度的。而且，经过一系列的模拟模型证明了制冷机制冷量和其进口处导叶开启程度模型具有合理性。

通过识别程序可以获得相关的辨识参数，再利用制冷机电功率与制冷量的模型中测量得到的三个参数，就可以计算得到运行制冷机的即时制冷量。利用制冷量与进口处导叶开启程度的模型测量得到的三个参数就可以评价估算出单台制冷机的产冷能力。使用上述这些信息，就可以将（n-1）或者是（n+1）台运行制冷机的电功率预测出来。

3 模型的应用及分析

为方便叙述离心式制冷机组系统的优化控制方案，我们举个例子，是一个二次泵变水量的系统，其是由3台完全相同的离心制冷机组组成的，并且该系统还包括两个回路，即一次泵的冷冻水回路与二次泵的冷冻水回路。

在完成机组的稳定运行后，优化控制器通过电功率与制冷量的模型计算每台制冷机的制冷量，之后对其求和就得到了建筑物空调负荷。与此同时，还可以通过制冷量和进口处导叶开启程度的模型来评估计算制冷机的产冷能力。控制器还可以通过电功率与制冷量的模型来预测多台制冷机运行时该系统的相应能耗，也可以使整个机组的综合性能参数在线评估。

假如两台离心式制冷机就可以满足整个建筑物的负荷需求，那么在特定的工作运行情况下，单台制冷机的产冷能力可以有方程式（3）计算得到，分别记为CAP1、CAP2；并且还可以由方程式（1）计算得到此时的制冷量，分别记为Q1、Q2。因为冷冻水的回水是均分到两个机组中的，并且其供水温度也是相同的，则Q1=Q2。当系统达到平衡的时侯，两者之和便是整个建筑物的瞬时负荷。通过方程式（2）可以对当前工作状况下平均摊给每台制冷机相应负荷时系统电功率作出预测，如果预测的电功率比当前系统的电功率大的话，就选择2台制冷机保持运行，如果相反，就要将第3台制冷机启动起来。还须设置一个可以调动的缓冲带，用来防止制冷机的频繁开停。

4 结论

为了使系统能够节能运行，实现制冷机组的优化台数控制是非常重要的。本文中提到的优化控制方法就实现了使机组的性能参数达到最大，并建立了三种模型，且采用了模拟方法验证了模型具有可行性和正确性，并且还做出了对控制方法实施过程的相应分析。在探究和分析的过程中，还将一些技术应用其中，有利于实现智能化，这种优化控制方法是值得推广的。

参考文献

[1] 徐新华，曹旭明，崔景潭．基于模型的离心式制冷机组系统优化控制策略研究[J]．建筑科学，2012，28．