提升空调水系统热力稳定性的变压差模糊预测控制方法

1. Research object: Variable water flow chilled water system with continuous regulating valve and variable differential pressure setpoint control. .2. Research significance: The motivation of the research is to improve the robustness of control loops of air-conditioning water system under differential pressure setpoint control strategy, to provide fuzzy quantitative index to evaluate the unstable factors such as thermal imbalance, frequent moves of actuators in passive branches caused by regulation of active branches and reset of differential pressure setpoint, to present adaptive predictive control method for satisfying cooling load demand, improving energy efficiency of water system and robustness of control loops. The research has important significance on advancing variable differential pressure setpoint control method and its robustness in variable water flow chilled water systems. .3. Research method: The main effect parameters will be extracted by theoretical analysis, then will be adopted as input factors to fuzzily evaluate thermodynamic stability, the fuzzy adaptive predictive regulation algorithm for variable differential pressure setpoint control strategy will be developed by simulations and experiments. The presented optimal control method will be implemented with combination of intelligent control theories and modular method. .4. Research content: 1）Research on optimal method of setting robust district and control cycle; 2) Research on variable differential pressure setpoint control system based on fuzzy evaluation method of thermodynamic stability; 3) Research on multi-step linearization adaptive and predictive control method of differential pressure setpoint regulation and its implementation techniques.

1.研究对象：采用变压差控制的连续调节型变流量空调冷冻水系统。.2.研究意义：本项目研究预期将提高空调冷冻水系统控制回路的鲁棒性，将主动支路调节与压差设定值变化所引起的被动支路热力失衡、执行机构频繁动作等不稳定因素通过全局热力稳定性在线模糊评价体现为定量指标，提出实现工况保证、系统节能及提升鲁棒性的变压差自适应预测控制方法，为完善大型公建空调水系统变压差优化控制方法，提升空调水系统运行能效及其控制系统的鲁棒性，具有重要的理论与实际意义。.3.研究方法：以仿真与实验为主，提取影响热力稳定性的主效应参数并建立模糊聚类评价模型，结合T-S模型与预测控制方法，开发热力稳定性在线评价模块与变压差预测控制模块，实验验证方法可行性。.4.研究内容：1）变压差控制系统鲁棒区与控制周期优化设置方法；2）基于热力稳定性模糊评价的变压差控制方法体系；3）压差设定值多步线性化自适应预测调整算法及实现技术。

空调水系统输送能耗高，是建筑节能的重点对象。项目团队在最不利热力环路辨识理论的基础上，进一步关注系统全局用户，在保障空调水系统节能效果的同时优化变设定值控制算法，以提升热力稳定性与控制系统鲁棒性。主要研究内容及成果如下：1. 稳定性评价方面：定义了适于在线应用的热力稳定性评价指标。研究结果表明变压差设定值控制能增强主动支路机组供冷能力的可调性，但设定值变化步长要兼顾热力稳定性与水泵节能效果进行选取。2. 从空调末端角度：提出了面向热力稳定性分析的空调末端水量及风量辨识方法，为热力稳定性在线评估提供依据；提出了提升变风量空调系统热力稳定性的M型变静压设定值优化控制方法，较传统变静压控制方法，控制稳定性提高了2.3倍；3. 从水阀、水泵及冷冻站控制角度：研究了变流量和变压差工况下阀门调节特性与流量辨识特征；实验分析了模糊控制与PID在水泵压差控制中的特点，从稳定性的角度出发给出了适于变压差水泵控制的优化方法；提出了一种适于在线应用的冷冻站节能控制方法，建立了冷冻站系统COP预测模型，提出了基于T-S模糊模型的冷冻站在线预测控制方法，将冷冻站COP提升了20%左右。4. 预测控制理论与方法方面，针对影响热力稳定性的室温控制滞后特性，建立了变风量空调房间室温变化动态响应数学模型，提出了室温纯滞后时间Elman网络隐含层参数在线优化方法与室温Elman网络多步预测控制方法，大幅降低风阀调节次数（冬季工况65%，夏季工况42%），提高了室温控制回路的热力稳定性。5. 平台建设方面：搭建了中央空调系统智能控制实验台、变流量空调系统连续调节阀特性试验台；建立了基于建筑能源系统物联网的中央空调系统智能管理与控制平台，将本项目的研究成果应用于3项节能改造项目，总体节能率15%以上。综上，本项目发表论文22篇 (SCI 7篇，EI 12篇)，专利5项，获奖2项。本项目研究成果为完善空调水系统智能控制、提升变风量和变水量空调系统热力稳定性提供了理论基础和实践参考。