探究基于模型的離心式制冷機組系統優化控制方案

車春鴻

摘要：本文是針對基于模型的離心式制冷機組系統優化控制方案的探究與分析。提出的這種控制優化方案是在對系統的日常調試以及機組自身所提供的可靠數據的充分利用的前提下，運用簡化模型的方式來評價估算單臺制冷機的產冷能力以及它瞬時的制冷量，并對在特定負荷下臺數不同的運行機組的系統總電功率做出預測，尋找探求最優離心式制冷機的臺數組合，從而能夠獲得最大化的制冷機組系統的性能參數。

關鍵詞：離心式制冷機 優化控制 性能參數 探究

中圖分類號：TB651 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2012）10（b）-0067-01

在空調運行系統中，對制冷機組臺數的控制屬于基本控制的范圍。機組運行臺數的確定是由兩個重要參數來決定的，這兩個參數是空調運行系統中各臺制冷機所能產冷的能力（即最大制冷量）和建筑物的負荷。在考慮建筑物負荷的前提下，實際中主要有三種方法來實現對制冷機組運行臺數的控制。這三種方法分別是：以冷凍水的回水溫度為表征參數，來控制制冷機組的運行；通過對冷凍水流量值和制冷機額定流量值的比較，來控制制冷機組的運行臺數；用測量出的冷凍水供回水的溫差和流量確定此建筑物的空調制冷負荷，然后比較此值和制冷機的最大制冷量，來控制制冷機組的運行臺數。在這三種方法中，制冷機最大的制冷量均是以生產廠家所提供的額定制冷量為準的，但事實上它是受平常運行狀況以及各部件性能等的影響的，在大多數情況下是與額定制冷量不相等的。

1 優化控制的模型

在穩定的情況下，特定水流量的制冷機組的負荷是冷凝水的進水溫度、冷凍水的供水溫度以及回水溫度這三個參數的函數。因為在制冷機中，冷凍水的供回水的溫差直接關系著其壓縮機內進口導葉的開啟程度，所以我們可以用進口導葉的開啟程度來代替冷凍水的回水溫度。方程式（1）是用來描述上面關系的數學模型，即制冷機的制冷量與其進口導葉開啟程度的模型；方程（2）是制冷機電功率與制冷量的模型。由方程（1）可以推導出一臺離心式的制冷機的產冷能力方程，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為制冷機的制冷能力或者表示空調的負荷；Tchws為冷凍水的供水溫度；Tecw為冷凝水的進水溫度；A為制冷機進口導葉的開啟程度，當其為零時即為全部關閉，其為1時即全部打開；CAP為最大的制冷量；Wchiler為制冷機的電功率；a0-a5和c0-c2為線性回歸系數。

2 模型在線識別以及驗證的情況

通過對模型的識別來確定一些未知參數。因為例行的調試可以有效保障機組的正常運行以及得到正確的測量數據，所以完成制冷機組的調試后再進行程序的識別。先導制冷機是該系統控制器控制運行的第1臺制冷機。在第1臺制冷機運行的同時，控制器需要確定整個系統的穩定性，確定完成后再將模型的識別程序激活。

模型的訓練數據是從處于穩定狀態的制冷機模擬程序中得到的，識別未知參數的方法是采用最小二乘的回歸法。通過模擬程序得到的制冷機制冷量與其進口導葉開啟程度的模型以及其電功率和制冷量的模型中的起決定性的系數R2都大于91.9%，并且兩個模型差異系數較小，所以通過模擬程序識別出的模型是具有較高精度的。而且，經過一系列的模擬模型證明了制冷機制冷量和其進口處導葉開啟程度模型具有合理性。

通過識別程序可以獲得相關的辨識參數，再利用制冷機電功率與制冷量的模型中測量得到的三個參數，就可以計算得到運行制冷機的即時制冷量。利用制冷量與進口處導葉開啟程度的模型測量得到的三個參數就可以評價估算出單臺制冷機的產冷能力。使用上述這些信息，就可以將（n-1）或者是（n+1）臺運行制冷機的電功率預測出來。

3 模型的應用及分析

為方便敘述離心式制冷機組系統的優化控制方案，我們舉個例子，是一個二次泵變水量的系統，其是由3臺完全相同的離心制冷機組組成的，并且該系統還包括兩個回路，即一次泵的冷凍水回路與二次泵的冷凍水回路。

在完成機組的穩定運行后，優化控制器通過電功率與制冷量的模型計算每臺制冷機的制冷量，之后對其求和就得到了建筑物空調負荷。與此同時，還可以通過制冷量和進口處導葉開啟程度的模型來評估計算制冷機的產冷能力。控制器還可以通過電功率與制冷量的模型來預測多臺制冷機運行時該系統的相應能耗，也可以使整個機組的綜合性能參數在線評估。

假如兩臺離心式制冷機就可以滿足整個建筑物的負荷需求，那么在特定的工作運行情況下，單臺制冷機的產冷能力可以有方程式（3）計算得到，分別記為CAP1、CAP2；并且還可以由方程式（1）計算得到此時的制冷量，分別記為Q1、Q2。因為冷凍水的回水是均分到兩個機組中的，并且其供水溫度也是相同的，則Q1=Q2。當系統達到平衡的時侯，兩者之和便是整個建筑物的瞬時負荷。通過方程式（2）可以對當前工作狀況下平均攤給每臺制冷機相應負荷時系統電功率作出預測，如果預測的電功率比當前系統的電功率大的話，就選擇2臺制冷機保持運行，如果相反，就要將第3臺制冷機啟動起來。還須設置一個可以調動的緩沖帶，用來防止制冷機的頻繁開停。

4 結論

為了使系統能夠節能運行，實現制冷機組的優化臺數控制是非常重要的。本文中提到的優化控制方法就實現了使機組的性能參數達到最大，并建立了三種模型，且采用了模擬方法驗證了模型具有可行性和正確性，并且還做出了對控制方法實施過程的相應分析。在探究和分析的過程中，還將一些技術應用其中，有利于實現智能化，這種優化控制方法是值得推廣的。

參考文獻

[1] 徐新華，曹旭明，崔景潭．基于模型的離心式制冷機組系統優化控制策略研究[J]．建筑科學，2012，28．