风机空调群自适应控制系统

肖立军，万新宇

(广东电网公司 珠海供电局，广东 珠海 519000)

变电站二次设备室普遍采用空调制冷+机械通风方式来控制室内温湿度。由于空调控制系统独立运行，不具备信息传输功能，空调运行参数和状态、室内环境参数等信息无法共享，对由单台风机、空调组成的风机空调群不能进行远程控制与管理，因此不仅效率低、能效差，而且缩短了空调使用寿命，增加了空调维护工作量。

针对上述问题，本文提出一种风机空调群自适应控制系统，跟随室外环境昼夜、季节的温度变化，交替采用机械通风或空调制冷降温，充分利用室外新风冷源，以实现空调设备的节能运行。

1 自适应控制系统概述

自适应是改变自己的习性以适应新的环境。在控制系统的运行过程中，系统本身不断地测量被控系统的状态、性能和参数，从而“认识”或“掌握”系统当前的运行指标，并与期望的指标相比较，进而作出决策，来改变控制器的结构、参数或根据自适应规律来改变控制作用，以保证系统运行在某种意义下的最优或次优状态。

自适应控制系统有变增益控制系统、模型参考自适应控制系统和自校正控制系统等3种主要形式。当参数因工作情况和环境等变化而变化时，变增益控制系统通过测量到反映系统当前状态的系统变量，比照对系统运行的要求(或性能指标)，经过计算并按规定的程序来改变调节器的增益结构。虽然仅仅是对增益的变化进行自适应调节，难以完全克服系统模型未知或模型参数变化带来的影响以实现完善的自适应控制，但是由于系统结构简单，响应迅速，在许多实际系统中得到应用[1-3]。空调风机群自适应控制系统示意图如图1所示。

图1 空调风机群自适应控制系统示意图

2 自适应控制系统构成

空调风机群自适应控制系统构成图如图1所示。空调风机群自适应控制系统主要由中控器和智能插座构成。中控器由微处理器及相关电路构成，通过数据网络完成对各智能插座的信号处理和分析；智能插座采集二次设备室环境信息，监测室内各区域的风机、空调的运行状态和区域温度是否正常，根据这些信息对风机、空调的运行状态进行调节。

图2 空调风机群自适应控制系统构成图

2.1 空调智能插座

空调智能插座可学习并存储空调原配遥控器中的各种命令，并与中控器通信，以红外遥控的方式控制空调的各种操作(如开机、关机、调节温度、调节湿度和制冷等)。空调智能插座硬件系统由MCU模块、温湿度模块、计量模块、WIFI模块、红外模块和电源模块组成，结构框图如图3所示。

图3 空调智能插座的结构框图

WIFI模块完成中控器与智能插座的数据交换。WIFI模块一端通过USART与MCU连接，接收MCU的指令；另一端通过WIFI与其他无线终端或路由器直接连接。通过UART接收MCU发送的数据，发送给路由器，由路由器转发给中控器。

红外模块具备学习功能和发射功能。通过红外接收器，学习特定空调机型的红外编码方式，并且存储到红外模块的ROM中；发射功能通过广角红外发射器，根据不同的控制命令，从ROM中读取到该指令的编码。

2.2 风机智能插座

风机智能插座硬件系统由MCU模块、温湿度模块、计量模块、WIFI模块、三相接触器模块和电源模块构成，结构框图如图4所示。

图4 风机智能插座的结构框图

MCU主控器处理各检测信号，通过控制三相接触器，开起或关闭风机电源，并且通过WIFI模块，将温湿度、用电量、继电器通断状态和工作时间等数据传输给中控器，中控器对数据进行存储和分析，达到智能化控制目的。

电能计量模块完成用电量的计量。该模块采集智能插座的电量信息，并且发送给MCU，由MCU进一步转发。

电源模块先给主控器和电能计量IC提供5 V电源，再采用DC-DC变换，将5 V转为3.3 V，给WIFI模块提供3.3 V电源。

3 温湿度控制策略

在二次设备室安装多个智能插座，采取多点采样、汇总加权平均技术，实时监控设备区域温度，同时监测室外温度。在中控器中，设置风机、空调起动的室内室外温度上下限，根据限值实现新风、空调系统分温度区域的交替工作[4-9]，并通过设置工作延时的方式，防止空调系统反复起动。温湿度控制策略框图如图5所示。

在室外空气温度低于室内温度、湿度≤75%的前提下，如果室内温度不低于温度T2(本实例为27 ℃)，则投入全部风机，引入室外冷风降温；经过一段时间的通风散热，若室内温度下降到

若设备室内温度上升至T4(本实例为30 ℃)，则先关闭风机、再起动全部空调；经过一段时间的空调制冷，当(T3+T2)/2<室内温度

空气的相对湿度是空气含湿量和空气温度这2个变量的函数，改变空气温度可以达到调节相对湿度的目的[10]。对于风量可以调节的设备室，在湿度超标的情况下，减少或关闭进风量，将设备室内部空气流动方式改为内循环，依靠电气设备自身的发热，可在较短时间内通过提高空气温度来降低相对湿度。

图5 温湿度控制策略框图

4 结语

变电站二次设备室的降温普遍使用高耗能的空调机，电能消耗很大。风机空调群自适应控制系统节能效率高，适合对环境洁净度要求比较低的二次设备室。

合适的群控策略能在节能的同时兼顾设备使用寿命，充分利用天然冷源，减少空调使用时间，从而大幅度降低电能消耗，并延长空调机的使用寿命。

[1] 刘幸, 刘潇. 自适应控制系统的发展与应用[J]. 物联网技术，2011(7):61-63.

[2] 李雪松, 李颖晖, 李霞, 等. 一种基于神经网络的任意模型参考自适应控制[J]. 系统工程与电子技术, 2011, 33(1):162-165.

[3] 阳超琴, 张琼, 夏举佩. 自适应理论在控制工程中的应用研究概况[J]. 自动化仪表, 2008, 29(5):12-14.

[4] 朱顺兵. 建筑自动化系统空调节能优化控制策略分析[J]. 南京工业大学学报, 2006, 28(2):59-62.

[5] 何志华. 中央空调自动监控系统的设计与实现[D]. 广州: 华南理工大学, 2014.

[6] 郭端晓, 刘国胜, 袁祎. 通信机房空调节能探讨[J]. 节能技术, 2008, 37(4):166-168.

[7] 郭春山. 通信机房空调优化节能方案探讨[J]. 沿海企业与科技, 2008(5):52-54.

[8] 李长云. 利用自然冷源进行隔绝换热的节能措施[J]. 电信技术, 2008(8):52-53.

[9] 李丽. 通信机房自适应控制空调系统的节能降耗温度控制方法[J]. 物流技术, 2013, 32(9):323-325, 34.

[10] 吕光磊. 恒温恒湿空调系统的节能研究[J]. 郑州轻工业学院学报: 自然科学版, 2007, 22(3):132-134.