CN110645724A - 一种蒸汽压缩制冷***的串级节能控制方法 - Google Patents

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尹晓红
孔德豪
王新立
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Abstract

本发明公开了一种蒸汽压缩制冷***的串级节能控制方法，包括蒸发器，膨胀阀，冷凝器，压缩机，MPC控制器，PI控制器；制冷需求随环境的改变而改变，外环根据当前制冷量来调节过热度的值，并将该值作为内环中过热度的设定值，同时内环MPC控制器两端分别连接PI控制器输出和蒸汽压缩硬件***，进而实现对***设定值的实时跟踪。本发明的有益效果是提高了蒸汽压缩制冷***的传热效率。

Description

一种蒸汽压缩制冷***的串级节能控制方法
技术领域
本发明属于蒸汽压缩技术领域，涉及一种蒸汽压缩制冷***的串级节能控制方法。
背景技术
蒸汽压缩制冷***是空调***的核心部件，是产生冷量的源泉。为了保证***的正常运行，蒸发器中的制冷剂必须以汽态的形式进入压缩机，避免损害压缩机部件。传统的控制策略往往采用控制方法控制制冷剂蒸汽处于过热的状态进入压缩机，从而保证压缩机的稳定运行，然而却并没有考虑到当***的制冷量随着环境的变化而变化时，***的传热效率无法稳定在较高的水平。即当制冷量减小时，制冷剂的过热度(即制冷剂在蒸发器的出口温度与制冷剂在当前蒸发压力下的饱和温度的差)仍然保持原来的设定值，会导致***的换热不充分，从而降低***效率；然而当制冷量增大时，如果过热度保持制冷量较小时设定的过热度值，则可能会导致***震荡、不稳定。
发明内容
本发明的目的在于提供一种蒸汽压缩制冷***的串级节能控制方法，本发明的有益效果是提高了蒸汽压缩制冷***的传热效率。
本发明所采用的技术方案包括蒸发器，膨胀阀，冷凝器，压缩机，MPC控制器，PI控制器；蒸发器出口连接压缩机进口，压缩机出口连接冷凝器进口，冷凝器出口连接膨胀阀进口，膨胀阀出口连接蒸发器进口，四者闭环相连形成蒸汽压缩制冷***；PI控制器为外环***控制器，左侧连接内环***的MPC控制器，右侧通过制冷量-过热度模型连接蒸汽压缩制冷***，当制冷量变化时PI控制器实时调节优化蒸发器过热度的值，并将该值作为内环***中的设定值，MPC控制器为内环***控制器，左右两端分别连接外环***的PI控制器和蒸汽压缩硬件***；根据设定值的变化，MPC控制器实时调节实际蒸发器过热度以及蒸发器和冷凝器之间制冷剂的压力差并跟踪外环给定的设定值；内环***与外环***通过***变量蒸发器过热度连接起来构成串级控制***，其中外环PI控制器为内环MPC控制器提供蒸发器过热度的设定值；***正常运行时，制冷需求随环境的改变而改变，外环根据当前制冷量来调节过热度的值，并将该值作为内环***中过热度的设定值，内环MPC控制器两端分别连接PI控制器输出和蒸汽压缩硬件***，进而实现对***过热度设定值及压力差的实时跟踪。
附图说明
图1是蒸汽压缩制冷***的串级控制***结构。
图中，1.蒸发器，2.膨胀阀，3.冷凝器，4.压缩机，5.MPC控制器，6.PI控制器。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明蒸汽压缩制冷***如图1所示，蒸发器1出口连接压缩机4进口，压缩机4出口连接冷凝器3进口，冷凝器3出口连接膨胀阀2进口，膨胀阀2出口连接蒸发器1进口，四者闭环相连形成蒸汽压缩硬件***。PI控制器6为外环控制器，左侧连接串级控制***的MPC控制器5，右侧通过制冷量-过热度模型连接蒸汽压缩制冷***，当制冷量变化时PI控制器6实时调节优化蒸发器过热度的值，并将该值作为MPC控制器过热度的设定值。PI控制器采用PI控制方法，即将实际输出值与设定值相减得到控制偏差,控制偏差通过比例环节(Proportional)和积分环节(Integral)线性组合构成偏差控制量，通过不断迭代缩小控制偏差，从而逐步实现实际输出值逼近设定值。在此模型中，是通过对需求制冷量和实际制冷量相比较，根据差值的组合迭代使得需求制冷量和实际制冷量逐步逼近。当***的实际制冷量等于需求制冷量时，偏差为0，***的输入量不再变化，利用建立的制冷量-过热度模型计算出制冷剂在蒸发器的最佳过热度值，此时的过热度值即为内环***的过热度设定值(PI控制算法描述)。MPC控制器5为内环***控制器，左右两端分别连接串级控制***的PI控制器6和蒸汽压缩硬件***。根据外环PI控制器输出提供的制冷剂在蒸发器的过热度设定值(即制冷剂在蒸发器出口的温度与其饱和温度的差)的变化，MPC控制器5实时调节压缩机转速和膨胀阀开度，实现蒸发器1过热度的实际值跟踪外环PI控制器给定的过热度设定值，并调节实际压差(蒸发器1和冷凝器3之间制冷剂的压力差)以保证***稳定性。串级控制***的内环与外环通过***变量蒸发器1的过热度连接起来。
工作过程：如图1所示，***正常运行时，制冷需求随环境的改变而改变，外环根据当前制冷量来调节过热度的值，并将该值作为内环中过热度的设定值，同时内环MPC控制器5两端分别连接PI控制器6输出和蒸汽压缩硬件***，进而实现对***设定值的实时跟踪，最终实现在***稳定运行的情况下，传热效率始终保持一个较高的水平。
以上所述仅是对本发明的较佳实施方式而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施方式所做的任何简单修改，等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。

Claims (1)

1.一种蒸汽压缩制冷***的串级节能控制方法，其特征在于：蒸发器出口连接压缩机进口，压缩机出口连接冷凝器进口，冷凝器出口连接膨胀阀进口，膨胀阀出口连接蒸发器进口，四者闭环相连形成蒸汽压缩制冷***；PI控制器为外环控制器，左侧连接串级控制***的MPC控制器，右侧通过制冷量-过热度模型连接蒸汽压缩制冷***，当制冷量变化时PI控制器实时调节优化蒸发器过热度的值，并将该值作为内环中的设定值；MPC控制器为内环控制器，左右两端分别连接串级控制***的PI控制器和蒸汽压缩硬件***，根据设定值的变化，MPC控制器实时调节实际蒸发器和冷凝器之间的压力差和蒸发器过热度并跟踪外环给定的设定值；串级控制***的内环与外环通过***变量蒸发器过热度连接起来，***正常运行时，制冷需求随环境的改变而改变，外环PI控制器根据当前制冷量来调节过热度的值，并将该值作为内环中过热度的设定值，同时内环MPC控制器两端分别连接PI控制器输出和蒸汽压缩硬件***，进而实现对***设定值的实时跟踪。
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