大型建筑集中供冷系统的协调优化调度研究

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集中供冷系统由于其节能性、环保性、消减电网负荷、节省公共区域面积、美化建筑外观等优点,正越来越多的成为当前大型公共建筑采用的一种制冷形式。集中供冷系统主要包含能源站、蓄冷、空调末端等主要设备。为了保证设备安全稳定、高效节能运行,需要设计并运行高效稳定的自动控制系统。然而当前集中供冷系统主要采用集中式的控制系统架构,在实际应用的过程中,这种控制架构面临系统建模困难和适应性不足等问题。当前相关研究主要关注集中供冷系统的优化控制算法设计,并未重点关注和切实解决控制系统与算法应用中的这一痛点和难点,使得集中供冷控制系统的发展处于一个瓶颈期。而群智能建筑平台采用分布式的控制系统架构,面向建筑空间布局与供冷系统的设备属性,为解决集中供冷控制系统的建模和通用控制算法设计提供了崭新的思路。因此,本文提出一种基于智能机电设备标准信息模型的集中供冷控制系统自动建模方法,同时开发不依赖于供冷系统具体配置的通用群智能优化控制算法,形成基于设备自主协同优化的集中供冷系统控制方法。为实现这一目标,本文开展具体工作如下:(1)基于集中供冷系统机电设备的功能需求分析,建立各类机电设备的标准化信息模型。综合参考各类典型供冷系统在实际工程应用中的设备物理连接方式,总结提炼出群智能系统中通用的智能设备自组织连接规则,以及智能设备之间的自辨识规则,实现“即插即用”的系统自动生成。从而最终实现集中供冷系统的自动化建模。(2)从群智能系统的角度,分析传统电制冷供冷系统以及冷热电联产(CCHP,Combined Cooling Heating and Power)供冷系统的运行调节过程,并按照功能进行模块化划分,抽象出其中的典型设备及模块的优化控制问题,进行数学描述;研究数学问题本身的完备性解法,为群智能控制算法的实际应用奠定理论基础。针对常规电制冷集中供冷系统并联冷机、并联水泵以及并联冷却塔提出基于有限状态机的自组织优化方法,设计灵活通用的自组织优化算法,结合项目实践验证群智能控制算法的节能性和实用性。(3)将群智能控制方法应用到CCHP耦合常规供冷和蓄冷的集中供冷系统中。以运行成本最低为优化目标,分析各供能设备间的联合调度运行工况,提出基于有限状态机的工况自切换法。进一步根据电价机制,设计固定电价负荷分配算法和分时电价负荷分配算法,实现各供冷子系统的负荷智能调度分配。并最终结合一个实际的集中供冷系统案例,基于群智能系统仿真测试负荷分配算法的经济性和实用性。(4)针对末端变风量空调系统,从建筑空间及物理“小世界”特性的角度出发,重新确定新的基本单元和通信网络,建立标准空间和设备单元。以节能和舒适为控制目标,研究适用于空间和设备单元节点的变风量末端协调优化算法,基于末端节点间的相互协作实现末端风阀自组织解耦控制,结合项目实践验证优化算法的实用性、节能性以及通用性。
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