CN112413823A - 一种需求响应模式下中央空调***的分布式能量优化管理方法 - Google Patents
一种需求响应模式下中央空调***的分布式能量优化管理方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN112413823A CN112413823A CN202011105502.2A CN202011105502A CN112413823A CN 112413823 A CN112413823 A CN 112413823A CN 202011105502 A CN202011105502 A CN 202011105502A CN 112413823 A CN112413823 A CN 112413823A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- water
- air
- temperature
- conditioning system
- central air
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
- F24F—AIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
- F24F11/00—Control or safety arrangements
- F24F11/30—Control or safety arrangements for purposes related to the operation of the system, e.g. for safety or monitoring
- F24F11/46—Improving electric energy efficiency or saving
- F24F11/47—Responding to energy costs
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
- F24F—AIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
- F24F11/00—Control or safety arrangements
- F24F11/62—Control or safety arrangements characterised by the type of control or by internal processing, e.g. using fuzzy logic, adaptive control or estimation of values
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Fuzzy Systems (AREA)
- Mathematical Physics (AREA)
- Signal Processing (AREA)
- Air Conditioning Control Device (AREA)
Abstract
本发明公开了一种需求响应模式下中央空调***的分布式能量优化管理方法,包括如下步骤:(1)根据中央空调***工作原理,构建中央空调***物理模型及用户舒适度模型;(2)对需求响应模式下的中央空调***进行稳态功率需求分析;(3)以最大化用户舒适度为目标,构建中央空调***集中式能量优化管理模型;(4)采用ADMM算法将中央空调***集中式能量优化管理模型分解成针对本地子***的分布式能量优化管理模型;(5)对所建分布式优化模型进行求解,本发明提供的方法在需求响应功率限值情况下,以最大化用户舒适度为目标,减轻了中央空调***能量管理中心的计算与通信压力,还能满足中央空调***中各区域用户的不同舒适度需求,兼具良好的***友好性和用户友好性。
Description
技术领域
本发明涉及一种需求响应模式下中央空调***的分布式能量优化管理方法,属于电力***及其自动化技术。
背景技术
近年来,随着新能源发电机组、储能***、电动汽车等分布式资源大量接入,其发、用电功率的不确定性给电网的供需平衡带来了极大的挑战,电网对功率调节资源的需求与日俱增。随着自动需求响应技术的发展,柔性负荷可通过功率调整或功率转移、以需求响应的方式从用户侧出发来实现电网功率供需平衡,成为了电网侧可调容量的有效替代资源。
相比于分体式空调、电热水器等小型居民温控负荷,中央空调作为大型商业温控负荷,***内部电力设备众多,用电功率较大。由于其中水***和建筑本体具有巨大的热惯性,中央空调***调节潜力巨大,近年来成为了典型的电力需求响应资源。然而中央空调***内部与电功率相关的可控变量众多,并且包括多个用户区域,难以兼顾各个区域的用户舒适度进行***集中能量优化管理。
因此提出一种需求响应模式下中央空调***的分布式能量优化管理方法,在需求响应功率限值约束下,以最大化用户舒适度为目标,利用ADMM算法将***集中能量优化管理问题分解为一系列子***本地优化问题,不仅可以减轻中央空调***能量管理中心的计算与通信压力,还能实现不同区域用户舒适度的差异性管理,具有较高的用户友好性。
发明内容
发明目的:为了充分利用中央空调***的需求响应潜力,充分保障用户舒适度,本发明提供一种需求响应模式下中央空调***的分布式能量优化管理方法,针对包含制冷***、水***、风***以及用户区域的中央空调***,在需求响应功率限值情况下,以最大化用户舒适度为目标,采用多代理***,利用ADMM算法将集中式能量优化管理问题分解成由本地子***代理处理的分布式能量优化管理问题。
技术方案:为实现上述目的,本发明采用的技术方案为:
一种需求响应模式下中央空调***的分布式能量优化管理方法,包括如下步骤:
(1)根据中央空调***工作原理,构建中央空调***物理模型及用户舒适度模型;
(2)对需求响应模式下的中央空调***进行稳态功率需求分析;
(3)以最大化用户舒适度为目标,构建中央空调***集中式能量优化管理模型;
(4)采用ADMM算法将中央空调***集中式能量优化管理模型分解成针对本地子***的分布式能量优化管理模型;
(5)对所建分布式优化模型进行求解。
具体的,所述步骤(1)中,根据中央空调***工作原理,构建中央空调***物理模型及用户舒适度模型,具体为:
(1-1)制冷***模型:
制冷***由压缩机、蒸发器、冷凝器和单向阀组成,一个中央空调***中通常有多台制冷机,每台制冷机产生的冷量如下式。
式中:Ti w,sp表示冷冻水设定温度,℃;tset为制冷机出水温度的调整时刻;f(·)表示制冷机内置工作逻辑函数,即出水温度变化情况与出水温度设定值、出水温度的调整时刻及前一时刻水温有关。
制冷压缩机是制冷***中唯一的电功率消耗部件,其电功率计算如下式。
EERt,i=a0+a1PLRt,i+a2(PLRt,i)2+a3(PLRt,i)3+a4(PLRt,i)4 (5)
(1-2)水***模型:
冷冻水通过在冷水管道中循环流动,将冷量从制冷机传递到用户侧。冷冻水***由制冷机、冷冻水泵、分水器、集水器、冷水管道、冷水阀以及风机盘管组成。从不同制冷机流出的冷冻水先在供水管道中汇合,接下来在二级泵的动力作用下在冷水***中进行运输,最后通过分水器分送到各风机盘管处对室内空气制冷。
1)冷冻水循环***中的质流量守恒:
2)供水管道入口处水温:
式中:Tt w,pi_s,in为供水管道入口处水温,℃。
3)回水管道入口处水温:
4)冷冻水泵模型:
流经冷冻水泵的冷冻水质流量及水泵水头关系如下:
冷冻水泵消耗的电功率如下:
式中:g为重力加速度,m/s2;ηpu为冷冻水泵工作效率。
(1-3)风***模型:
每个用户区域末端的风***中都有一个空气处理单元用于冷冻水与室内空气进行热交换,由空气混合箱、风机盘管及末端风机组成。
1)空气混合箱
用户区域回风和新风在空气混合箱内均匀混合后,在风机的动力作用下被吹到风机盘管中与冷冻水进行热交换。混合风量以及温度计算如下式。
每个空气处理单元中空气量需保持平衡才能使得室内气压稳定,具体如下式。
2)风机盘管
风机盘管中,室内空气与冷冻水进行热交换所消耗的冷量计算过程如下。
式中:为风机盘管中消耗的冷量,kW;为风机盘管的热传递效率;为空气侧或水侧的较小热容值,kJ/℃;和分别为风机盘管空气侧的进气温度与水侧的进水温度,℃;和分别为风机盘管水侧的冷冻水质流量和空气侧的混合回风质流量,kg/s;Tt w,pi_s,out为冷冻水供水管道出口处水温,℃。
室内混合回风在风机盘管中冷却后由送风机吹向用户区域内,风机盘管中的冷冻水温度上升,具体计算过程如下。
3)风机
空气处理单元中包含四种风机:送风机、排风机、新风机以及回风机,风机消耗的电功率可表示为内部空气质流量的立方多项式形式。
(1-4)用户区域热参数模型:
每个用户区域的热参数模型如下。
区域内空气温度的变化过程如下:
为简化表示,上式可转化为:
由此可知,下一时刻的室内温度由当前时刻的室内温度、室外温度以及房间得热量共同决定。
(1-5)用户舒适度模型:
从室内空气温度和空气质量两个角度来定义用户舒适度,选取室内温度与用户设定温度之间的偏差作为空气温度舒适度的评价标准,选取区域新风风量占比作为空气质量舒适度的评价标准,并采用模糊隶属度方法将空气温度舒适度和空气质量舒适度结合起来,构建用户综合舒适度评价指标。
将用户空气温度舒适度定义为室内温度与用户设定温度之间的偏差,如下式。
采用区域新风风量占比来评价空气质量舒适度,新风量超过50%即认为达到空气质量舒适度最大值,新风量低于10%即认为达到空气质量舒适度最小值,新风风量占比如下式。
具体的,所述步骤(2)中,对需求响应模式下的中央空调***进行稳态功率需求分析,具体为:
(2-1)中央空调***的稳态功率需求由用户的舒适度需求决定,用户的舒适度由室内温度和新风量决定,其中新风量直接影响新风风机的功率,用户室内温度则受中央空调***电功率的影响。
Pt HVAC=f(ut) (39)
具体的,所述步骤(3)中,以最大化用户舒适度为目标,构建中央空调***集中式能量优化管理模型,具体为:
(3-1)需求响应模式下,对中央空调***进行能量优化管理,等价于在功率限值Pt HVAC,r下,求解***可控变量ut。
(3-2)中央空调***能量优化管理目标是在满足需求响应功率限值的基础上最大化空调用户的舒适度,目标函数如下。
s.t.
1)状态更新约束:用户区域温度作为状态变量,按照以下规律更新。
2)变量范围约束:所有可控变量均应处于限定范围之内。
3)功率平衡约束:中央空调***功率等于需求响应功率限值。
具体的,所述步骤(4)中,采用ADMM算法将中央空调***集中式能量优化管理模型分解成针对本地子***的分布式能量优化管理模型,具体为:
(4-1)引入制冷机冷冻水流量一级水泵水流量和风机盘管水流量作为与***冷冻水流量(全局变量)Mw,pu_p对应的本地变量,引入制冷机进水温度风机盘管出水温度作为与全局变量Tl w,co,out对应的本地变量,并遵循以下约束。
式中:Nch和Npu_p分别为制冷机和一级水泵的数量。
(4-2)构建制冷***优化模型:
s.t.
(a)冷冻水流量约束。制冷机中的冷冻水流量之和等于流经冷冻水泵的水流量之和。
(b)冷冻水回水温度约束。冷冻水回水温度为在回水管道入口处的回水温度计及管道传输损耗后的值。
(c)***功率约束。中央空调各子***的功率之和应等于中央空调***需求响应功率限值。
Pch+Ppu+Pf=PHVAC (56)
(d)变量范围约束。各变量需在中央空调***运行参数允许范围内进行优化。
分别引入对偶变量λch、μch、θch及惩罚因子ρch,1、ρch,2、ρch,3,将以上等式约束优化问题改写成增广拉格朗日函数形式。此外,为解决各部分约束违反值量级不同的问题,本节分别引入Mw,max、Tw,max和Pmax将各约束进行规范化处理,从而使各部分约束违反值转化成[0,1]范围内的无量纲值。改写后的制冷***优化模型如下式所示。
求得最优解后,根据下式计算冷冻水出水温度:
(4-3)构建水***优化模型:
s.t.
(a)全局一致性约束。流经一级泵的冷冻水流量本地变量等于相应的全局变量。
(b)冷冻水流量约束。流经一级泵的冷冻水流量之和等于流经二级泵的冷冻水流量之和。
(c)***功率约束。中央空调各子***的功率之和应等于中央空调***需求响应功率限值。
Pch+Ppu+Pf=PHVAC (65)
(d)变量范围约束。各变量需在中央空调***运行参数允许范围内进行优化。
通过引入对偶变量、惩罚因子并进行数据规范化处理,将上述优化模型改写为增广拉格朗日函数形式,如下式所示。
(4-4)构建风***优化模型:
s.t.
(a)冷冻水流量约束。流经风机盘管的冷冻水流量之和等于流经一级泵的冷冻水流量之和。
(b)全局一致性约束。各风机盘管出水口温度的本地变量等于相应全局变量。
(c)***功率约束。中央空调各子***的功率之和应等于中央空调***需求响应功率限值。
Pch+Ppu+Pf=PHVAC (74)
式中:上标*表示任意一种风。
(d)变量范围约束。各变量需在中央空调***运行参数允许范围内进行优化。
通过引入对偶变量、惩罚因子并进行数据规范化处理,将上述优化模型改写为增广拉格朗日函数形式,如下式所示。
具体的,所述步骤(5)中,对所建分布式优化模型进行求解,具体为:
(5-1)对各子***优化模型进行求解;
(5-2)更新ADMM算法中的对偶变量;
(5-3)进行残差计算。
附图说明
图1为本发明方法的实施流程图;
图2为中央空调***结构图;
图3为ADMM算法求解流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
如图1所示为一种需求响应模式下中央空调***的分布式能量优化管理方法,下面就整个实施过程加以具体说明。
步骤一:根据中央空调***工作原理,构建中央空调***物理模型及用户舒适度模型。
(1-1)制冷***模型:
制冷***由压缩机、蒸发器、冷凝器和单向阀组成,一个中央空调***中通常有多台制冷机,每台制冷机产生的冷量如下式。
式中:Ti w,sp表示冷冻水设定温度,℃;tset为制冷机出水温度的调整时刻;f(·)表示制冷机内置工作逻辑函数,即出水温度变化情况与出水温度设定值、出水温度的调整时刻及前一时刻水温有关。
制冷压缩机是制冷***中唯一的电功率消耗部件,其电功率计算如下式。
EERt,i=a0+a1PLRt,i+a2(PLRt,i)2+a3(PLRt,i)3+a4(PLRt,i)4 (5)
(1-2)水***模型:
冷冻水通过在冷水管道中循环流动,将冷量从制冷机传递到用户侧。冷冻水***由制冷机、冷冻水泵、分水器、集水器、冷水管道、冷水阀以及风机盘管组成。从不同制冷机流出的冷冻水先在供水管道中汇合,接下来在二级泵的动力作用下在冷水***中进行运输,最后通过分水器分送到各风机盘管处对室内空气制冷。
1)冷冻水循环***中的质流量守恒:
2)供水管道入口处水温:
式中:Tt w,pi_s,in为供水管道入口处水温,℃。
3)回水管道入口处水温:
4)冷冻水泵模型:
流经冷冻水泵的冷冻水质流量及水泵水头关系如下:
冷冻水泵消耗的电功率如下:
式中:g为重力加速度,m/s2;ηpu为冷冻水泵工作效率。
(1-3)风***模型:
每个用户区域末端的风***中都有一个空气处理单元用于冷冻水与室内空气进行热交换,由空气混合箱、风机盘管及末端风机组成。
1)空气混合箱
用户区域回风和新风在空气混合箱内均匀混合后,在风机的动力作用下被吹到风机盘管中与冷冻水进行热交换。混合风量以及温度计算如下式。
每个空气处理单元中空气量需保持平衡才能使得室内气压稳定,具体如下式。
2)风机盘管
风机盘管中,室内空气与冷冻水进行热交换所消耗的冷量计算过程如下。
式中:为风机盘管中消耗的冷量,kW;为风机盘管的热传递效率;为空气侧或水侧的较小热容值,kJ/℃;和分别为风机盘管空气侧的进气温度与水侧的进水温度,℃;和分别为风机盘管水侧的冷冻水质流量和空气侧的混合回风质流量,kg/s;Tt w,pi_s,out为冷冻水供水管道出口处水温,℃。
室内混合回风在风机盘管中冷却后由送风机吹向用户区域内,风机盘管中的冷冻水温度上升,具体计算过程如下。
3)风机
空气处理单元中包含四种风机:送风机、排风机、新风机以及回风机,风机消耗的电功率可表示为内部空气质流量的立方多项式形式。
(1-4)用户区域热参数模型:
每个用户区域的热参数模型如下。
区域内空气温度的变化过程如下:
为简化表示,上式可转化为:
由此可知,下一时刻的室内温度由当前时刻的室内温度、室外温度以及房间得热量共同决定。
(1-5)用户舒适度模型:
从室内空气温度和空气质量两个角度来定义用户舒适度,选取室内温度与用户设定温度之间的偏差作为空气温度舒适度的评价标准,选取区域新风风量占比作为空气质量舒适度的评价标准,并采用模糊隶属度方法将空气温度舒适度和空气质量舒适度结合起来,构建用户综合舒适度评价指标。
将用户空气温度舒适度定义为室内温度与用户设定温度之间的偏差,如下式。
采用区域新风风量占比来评价空气质量舒适度,新风量超过50%即认为达到空气质量舒适度最大值,新风量低于10%即认为达到空气质量舒适度最小值,新风风量占比如下式。
步骤二:对需求响应模式下的中央空调***进行稳态功率需求分析。
(2-1)中央空调***的稳态功率需求由用户的舒适度需求决定,用户的舒适度由室内温度和新风量决定,其中新风量直接影响新风风机的功率,用户室内温度则受中央空调***电功率的影响。
Pt HVAC=f(ut) (39)
步骤三:以最大化用户舒适度为目标,构建中央空调***集中式能量优化管理模型。
(3-1)需求响应模式下,对中央空调***进行能量优化管理,等价于在功率限值Pt HVAC,r下,求解***可控变量ut。
(3-2)中央空调***能量优化管理目标是在满足需求响应功率限值的基础上最大化空调用户的舒适度,目标函数如下。
s.t.
1)状态更新约束:用户区域温度作为状态变量,按照以下规律更新。
2)变量范围约束:所有可控变量均应处于限定范围之内。
3)功率平衡约束:中央空调***功率等于需求响应功率限值。
步骤四:采用ADMM算法将中央空调***集中式能量优化管理模型分解成针对本地子***的分布式能量优化管理模型。
(4-1)引入制冷机冷冻水流量一级水泵水流量和风机盘管水流量作为与***冷冻水流量(全局变量)Mw,pu_p对应的本地变量,引入制冷机进水温度风机盘管出水温度作为与全局变量Tl w,co,out对应的本地变量,并遵循以下约束。
式中:Nch和Npu_p分别为制冷机和一级水泵的数量。
(4-2)构建制冷***优化模型:
s.t.
(a)冷冻水流量约束。制冷机中的冷冻水流量之和等于流经冷冻水泵的水流量之和。
(b)冷冻水回水温度约束。冷冻水回水温度为在回水管道入口处的回水温度计及管道传输损耗后的值。
(c)***功率约束。中央空调各子***的功率之和应等于中央空调***需求响应功率限值。
Pch+Ppu+Pf=PHVAC (56)
(d)变量范围约束。各变量需在中央空调***运行参数允许范围内进行优化。
分别引入对偶变量λch、μch、θch及惩罚因子ρch,1、ρch,2、ρch,3,将以上等式约束优化问题改写成增广拉格朗日函数形式。此外,为解决各部分约束违反值量级不同的问题,本节分别引入Mw,max、Tw,max和Pmax将各约束进行规范化处理,从而使各部分约束违反值转化成[0,1]范围内的无量纲值。改写后的制冷***优化模型如下式所示。
求得最优解后,根据下式计算冷冻水出水温度:
(4-3)构建水***优化模型:
s.t.
(a)全局一致性约束。流经一级泵的冷冻水流量本地变量等于相应的全局变量。
(b)冷冻水流量约束。流经一级泵的冷冻水流量之和等于流经二级泵的冷冻水流量之和。
(c)***功率约束。中央空调各子***的功率之和应等于中央空调***需求响应功率限值。
Pch+Ppu+Pf=PHVAC (65)
(d)变量范围约束。各变量需在中央空调***运行参数允许范围内进行优化。
通过引入对偶变量、惩罚因子并进行数据规范化处理,将上述优化模型改写为增广拉格朗日函数形式,如下式所示。
(4-4)构建风***优化模型:
s.t.
(a)冷冻水流量约束。流经风机盘管的冷冻水流量之和等于流经一级泵的冷冻水流量之和。
(b)全局一致性约束。各风机盘管出水口温度的本地变量等于相应全局变量。
(c)***功率约束。中央空调各子***的功率之和应等于中央空调***需求响应功率限值。
Pch+Ppu+Pf=PHVAC (74)
式中:上标*表示任意一种风。
(d)变量范围约束。各变量需在中央空调***运行参数允许范围内进行优化。
通过引入对偶变量、惩罚因子并进行数据规范化处理,将上述优化模型改写为增广拉格朗日函数形式,如下式所示。
步骤五:对所建分布式优化模型进行求解。
(5-1)对各子***优化模型进行求解;
(5-2)更新ADMM算法中的对偶变量;
(5-3)进行残差计算。
以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出:对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种需求响应模式下中央空调***的分布式能量优化管理方法,其特征在于:包括如下步骤:
(1)根据中央空调***工作原理,构建中央空调***物理模型及用户舒适度模型;
(2)对需求响应模式下的中央空调***进行稳态功率需求分析;
(3)以最大化用户舒适度为目标,构建中央空调***集中式能量优化管理模型;
(4)采用ADMM算法将中央空调***集中式能量优化管理模型分解成针对本地子***的分布式能量优化管理模型;
(5)对所建分布式优化模型进行求解。
2.根据权利要求1所述的需求响应模式下中央空调***的分布式能量优化管理方法,其特征在于:所述步骤(1)中,根据中央空调***工作原理,构建中央空调***物理模型及用户舒适度模型,具体为:
(1-1)制冷***模型:
制冷***由压缩机、蒸发器、冷凝器和单向阀组成,一个中央空调***中通常有多台制冷机,每台制冷机产生的冷量如下式:
式中:Ti w,sp表示冷冻水设定温度,℃;tset为制冷机出水温度的调整时刻;f(·)表示制冷机内置工作逻辑函数,即出水温度变化情况与出水温度设定值、出水温度的调整时刻及前一时刻水温有关:
制冷压缩机是制冷***中唯一的电功率消耗部件,其电功率计算如下式:
EERt,i=a0+a1PLRt,i+a2(PLRt,i)2+a3(PLRt,i)3+a4(PLRt,i)4 (5)
(1-2)水***模型:
冷冻水通过在冷水管道中循环流动,将冷量从制冷机传递到用户侧,冷冻水***由制冷机、冷冻水泵、分水器、集水器、冷水管道、冷水阀以及风机盘管组成,从不同制冷机流出的冷冻水先在供水管道中汇合,接下来在二级泵的动力作用下在冷水***中进行运输,最后通过分水器分送到各风机盘管处对室内空气制冷;
1)冷冻水循环***中的质流量守恒:
2)供水管道入口处水温:
式中:Tt w,pi_s,in为供水管道入口处水温,℃;
3)回水管道入口处水温:
4)冷冻水泵模型:
流经冷冻水泵的冷冻水质流量及水泵水头关系如下:
冷冻水泵消耗的电功率如下:
式中:g为重力加速度,m/s2;ηpu为冷冻水泵工作效率;
(1-3)风***模型:
每个用户区域末端的风***中都有一个空气处理单元用于冷冻水与室内空气进行热交换,由空气混合箱、风机盘管及末端风机组成;
1)空气混合箱
用户区域回风和新风在空气混合箱内均匀混合后,在风机的动力作用下被吹到风机盘管中与冷冻水进行热交换,混合风量以及温度计算如下式:
每个空气处理单元中空气量需保持平衡才能使得室内气压稳定,具体如下式:
2)风机盘管
风机盘管中,室内空气与冷冻水进行热交换所消耗的冷量计算过程如下:
式中:为风机盘管中消耗的冷量,kW;为风机盘管的热传递效率;为空气侧或水侧的较小热容值,kJ/℃;和分别为风机盘管空气侧的进气温度与水侧的进水温度,℃;和分别为风机盘管水侧的冷冻水质流量和空气侧的混合回风质流量,kg/s;Tt w,pi_s,out为冷冻水供水管道出口处水温,℃;
室内混合回风在风机盘管中冷却后由送风机吹向用户区域内,风机盘管中的冷冻水温度上升,具体计算过程如下;
3)风机
空气处理单元中包含四种风机:送风机、排风机、新风机以及回风机,风机消耗的电功率可表示为内部空气质流量的立方多项式形式;
(1-4)用户区域热参数模型:
每个用户区域的热参数模型如下:
区域内空气温度的变化过程如下:
为简化表示,上式可转化为:
由此可知,下一时刻的室内温度由当前时刻的室内温度、室外温度以及房间得热量共同决定;
(1-5)用户舒适度模型:
从室内空气温度和空气质量两个角度来定义用户舒适度,选取室内温度与用户设定温度之间的偏差作为空气温度舒适度的评价标准,选取区域新风风量占比作为空气质量舒适度的评价标准,并采用模糊隶属度方法将空气温度舒适度和空气质量舒适度结合起来,构建用户综合舒适度评价指标;
将用户空气温度舒适度定义为室内温度与用户设定温度之间的偏差,如下式:
采用区域新风风量占比来评价空气质量舒适度,新风量超过50%即认为达到空气质量舒适度最大值,新风量低于10%即认为达到空气质量舒适度最小值,新风风量占比如下式:
3.根据权利要求1所述的需求响应模式下中央空调***的分布式能量优化管理方法,其特征在于:所述步骤(2)中,对需求响应模式下的中央空调***进行稳态功率需求分析,具体为:
(2-1)中央空调***的稳态功率需求由用户的舒适度需求决定,用户的舒适度由室内温度和新风量决定,其中新风量直接影响新风风机的功率,用户室内温度则受中央空调***电功率的影响;
Pt HVAC=f(ut) (39)
4.根据权利要求1所述的需求响应模式下中央空调***的分布式能量优化管理方法,其特征在于:所述步骤(3)中,以最大化用户舒适度为目标,构建中央空调***集中式能量优化管理模型,具体为:
(3-1)需求响应模式下,对中央空调***进行能量优化管理,等价于在功率限值Pt HVAC,r下,求解***可控变量ut;
(3-2)中央空调***能量优化管理目标是在满足需求响应功率限值的基础上最大化空调用户的舒适度,目标函数如下:
s.t.
1)状态更新约束:用户区域温度作为状态变量,按照以下规律更新:
2)变量范围约束:所有可控变量均应处于限定范围之内:
3)功率平衡约束:中央空调***功率等于需求响应功率限值:
5.根据权利要求1所述的需求响应模式下中央空调***的分布式能量优化管理方法,其特征在于:所述步骤(4)中,采用ADMM算法将中央空调***集中式能量优化管理模型分解成针对本地子***的分布式能量优化管理模型,具体为:
(4-1)引入制冷机冷冻水流量一级水泵水流量和风机盘管水流量作为与***冷冻水流量(全局变量)Mw,pu_p对应的本地变量,引入制冷机进水温度风机盘管出水温度作为与全局变量Tl w,co,out对应的本地变量,并遵循以下约束:
式中:Nch和Npu_p分别为制冷机和一级水泵的数量;
(4-2)构建制冷***优化模型:
s.t.
(a)冷冻水流量约束,制冷机中的冷冻水流量之和等于流经冷冻水泵的水流量之和;
(b)冷冻水回水温度约束,冷冻水回水温度为在回水管道入口处的回水温度计及管道传输损耗后的值:
(c)***功率约束,中央空调各子***的功率之和应等于中央空调***需求响应功率限值:
Pch+Ppu+Pf=PHVAC (56)
(d)变量范围约束,各变量需在中央空调***运行参数允许范围内进行优化:
分别引入对偶变量λch、μch、θch及惩罚因子ρch,1、ρch,2、ρch,3,将以上等式约束优化问题改写成增广拉格朗日函数形式,此外,为解决各部分约束违反值量级不同的问题,本节分别引入Mw,max、Tw,max和Pmax将各约束进行规范化处理,从而使各部分约束违反值转化成[0,1]范围内的无量纲值,改写后的制冷***优化模型如下式所示:
求得最优解后,根据下式计算冷冻水出水温度:
(4-3)构建水***优化模型:
s.t.
(a)全局一致性约束,流经一级泵的冷冻水流量本地变量等于相应的全局变量:
(b)冷冻水流量约束,流经一级泵的冷冻水流量之和等于流经二级泵的冷冻水流量之和:
(c)***功率约束,中央空调各子***的功率之和应等于中央空调***需求响应功率限值:
Pch+Ppu+Pf=PHVAC (65)
(d)变量范围约束,各变量需在中央空调***运行参数允许范围内进行优化:
通过引入对偶变量、惩罚因子并进行数据规范化处理,将上述优化模型改写为增广拉格朗日函数形式,如下式所示:
(4-4)构建风***优化模型:
s.t.
(a)冷冻水流量约束,流经风机盘管的冷冻水流量之和等于流经一级泵的冷冻水流量之和:
(b)全局一致性约束,各风机盘管出水口温度的本地变量等于相应全局变量:
(c)***功率约束,中央空调各子***的功率之和应等于中央空调***需求响应功率限值:
Pch+Ppu+Pf=PHVAC (74)
式中:上标*表示任意一种风;
(d)变量范围约束,各变量需在中央空调***运行参数允许范围内进行优化:
通过引入对偶变量、惩罚因子并进行数据规范化处理,将上述优化模型改写为增广拉格朗日函数形式,如下式所示:
6.根据权利要求1所述的需求响应模式下中央空调***的分布式能量优化管理方法,其特征在于:所述步骤(5)中,对所建分布式优化模型进行求解,具体为:
(5-1)对各子***优化模型进行求解;
(5-2)更新ADMM算法中的对偶变量;
(5-3)进行残差计算。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202011105502.2A CN112413823A (zh) | 2020-10-15 | 2020-10-15 | 一种需求响应模式下中央空调***的分布式能量优化管理方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202011105502.2A CN112413823A (zh) | 2020-10-15 | 2020-10-15 | 一种需求响应模式下中央空调***的分布式能量优化管理方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN112413823A true CN112413823A (zh) | 2021-02-26 |
Family
ID=74854598
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN202011105502.2A Pending CN112413823A (zh) | 2020-10-15 | 2020-10-15 | 一种需求响应模式下中央空调***的分布式能量优化管理方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN112413823A (zh) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN114815928A (zh) * | 2022-05-30 | 2022-07-29 | 深圳赛美控电子科技有限公司 | 吹风机的出风温度控制方法、装置、终端及存储介质 |
CN114877502A (zh) * | 2022-05-31 | 2022-08-09 | 山东大学 | 基于分布式模型的多区域空调***温湿度控制方法及*** |
CN116085822A (zh) * | 2023-03-07 | 2023-05-09 | 国家能源集团科学技术研究院有限公司 | 磨煤机入口混合风风量的计算方法、装置、设备及介质 |
CN117029220A (zh) * | 2023-10-09 | 2023-11-10 | 湖南朗赫科技有限公司 | 基于移动式温控器的风机盘管控制方法、***及存储介质 |
CN117167938A (zh) * | 2023-09-08 | 2023-12-05 | 广州晶诚蓄能科技有限公司 | 基于数据分析的供冷设备节能控制*** |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2014169833A (ja) * | 2013-03-04 | 2014-09-18 | Toshiba Corp | 空調制御装置及び制御プログラム |
CN105004015A (zh) * | 2015-08-25 | 2015-10-28 | 东南大学 | 一种基于需求响应的中央空调建模及控制策略 |
US20160305678A1 (en) * | 2015-04-20 | 2016-10-20 | Alexandre PAVLOVSKI | Predictive building control system and method for optimizing energy use and thermal comfort for a building or network of buildings |
CN111076376A (zh) * | 2019-12-18 | 2020-04-28 | 西安建筑科技大学 | 冷负荷需求预测及冰蓄冷空调负荷分配的方法和*** |
CN111271824A (zh) * | 2020-02-26 | 2020-06-12 | 贵州电网有限责任公司 | 一种中央空调需求响应集中分散控制方法 |
CN111412584A (zh) * | 2020-04-03 | 2020-07-14 | 西安建筑科技大学 | 一种中央空调冷冻水管网动态水力平衡的群智能优化方法 |
-
2020
- 2020-10-15 CN CN202011105502.2A patent/CN112413823A/zh active Pending
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2014169833A (ja) * | 2013-03-04 | 2014-09-18 | Toshiba Corp | 空調制御装置及び制御プログラム |
US20160305678A1 (en) * | 2015-04-20 | 2016-10-20 | Alexandre PAVLOVSKI | Predictive building control system and method for optimizing energy use and thermal comfort for a building or network of buildings |
CN105004015A (zh) * | 2015-08-25 | 2015-10-28 | 东南大学 | 一种基于需求响应的中央空调建模及控制策略 |
CN111076376A (zh) * | 2019-12-18 | 2020-04-28 | 西安建筑科技大学 | 冷负荷需求预测及冰蓄冷空调负荷分配的方法和*** |
CN111271824A (zh) * | 2020-02-26 | 2020-06-12 | 贵州电网有限责任公司 | 一种中央空调需求响应集中分散控制方法 |
CN111412584A (zh) * | 2020-04-03 | 2020-07-14 | 西安建筑科技大学 | 一种中央空调冷冻水管网动态水力平衡的群智能优化方法 |
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
王怡岚等: "基于需求侧响应的空调负荷虚拟储能模型研究", 《电网技术》 * |
高赐威等: "中央空调负荷聚合及平抑风电出力波动研究", 《中国电机学报》 * |
Cited By (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN114815928A (zh) * | 2022-05-30 | 2022-07-29 | 深圳赛美控电子科技有限公司 | 吹风机的出风温度控制方法、装置、终端及存储介质 |
CN114815928B (zh) * | 2022-05-30 | 2024-05-14 | 深圳赛美控电子科技有限公司 | 吹风机的出风温度控制方法、装置、终端及存储介质 |
CN114877502A (zh) * | 2022-05-31 | 2022-08-09 | 山东大学 | 基于分布式模型的多区域空调***温湿度控制方法及*** |
CN114877502B (zh) * | 2022-05-31 | 2023-03-28 | 山东大学 | 基于分布式模型的多区域空调***温湿度控制方法及*** |
CN116085822A (zh) * | 2023-03-07 | 2023-05-09 | 国家能源集团科学技术研究院有限公司 | 磨煤机入口混合风风量的计算方法、装置、设备及介质 |
CN117167938A (zh) * | 2023-09-08 | 2023-12-05 | 广州晶诚蓄能科技有限公司 | 基于数据分析的供冷设备节能控制*** |
CN117167938B (zh) * | 2023-09-08 | 2024-04-05 | 广州晶诚蓄能科技有限公司 | 基于数据分析的供冷设备节能控制*** |
CN117029220A (zh) * | 2023-10-09 | 2023-11-10 | 湖南朗赫科技有限公司 | 基于移动式温控器的风机盘管控制方法、***及存储介质 |
CN117029220B (zh) * | 2023-10-09 | 2024-01-12 | 湖南朗赫科技有限公司 | 基于移动式温控器的风机盘管控制方法、***及存储介质 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN112413823A (zh) | 一种需求响应模式下中央空调***的分布式能量优化管理方法 | |
Lu et al. | Global optimization for overall HVAC systems––Part I problem formulation and analysis | |
Lu et al. | Global optimization for overall HVAC systems––Part II problem solution and simulations | |
CN105841300A (zh) | 一种计及新风***的中央空调建模及调控策略 | |
CN105004015A (zh) | 一种基于需求响应的中央空调建模及控制策略 | |
CN104160217B (zh) | 空调控制装置以及存储介质 | |
CN110223005A (zh) | 一种空调负荷供电可靠性评估方法及评估装置 | |
CN113339941B (zh) | 一种变频空调器控制方法 | |
CN116558049A (zh) | 一种基于中央空调负荷动态预测的***及优化控制方法 | |
JP6812283B2 (ja) | 熱源制御システム、熱源制御システムの制御方法および演算装置 | |
CN107062548B (zh) | 一种基于参数序列化的中央空调变负载率调节控制方法 | |
CN117313396A (zh) | 一种计及多主体需求响应的环境温度节能优化方法及*** | |
CN117366799A (zh) | 建筑物冷源***的控制方法 | |
CN117151398A (zh) | 一种基于虚拟电厂的中央空调调控方法及*** | |
CN111415036A (zh) | 一种中央空调***并联冷机负荷优化分配方法 | |
CN113757852B (zh) | 基于数字孪生技术的多联机空调机组控制方法及控制*** | |
US20220373206A1 (en) | Chiller controller for optimized efficiency | |
CN114282151A (zh) | 一种基于温湿度独立控制的分布式资源调度方法 | |
CN204853838U (zh) | 一种中央空调控制*** | |
CN115796055B (zh) | 一种基于完整空调***仿真模型的优化运行调节方法 | |
CN220254941U (zh) | 制冷***及液冷设备 | |
US20220373210A1 (en) | Chiller controller for optimized efficiency | |
CN117366792B (zh) | 一种蓄冷空调***的运行控制方法及*** | |
CN113188238B (zh) | 地下工程闭式循环除湿***中升温除湿机适用性判定方法 | |
CN118112938B (zh) | 复合式地源热泵***短周期控制策略优化方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20210226 |
|
WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |