适用于多供能站的建筑节能控制系统

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适用于多供能站的建筑节能控制系统\n技术领域\n[0001] 本发明涉及建筑供能领域，尤其涉及一种适用于多供能站的建筑节能控制系统。\n背景技术\n[0002] 目前，城市供冷、供热通常采用孤网运行模式，即采用单个供能站对建筑系统进行供能，在这种模式下，能源生产、储运、应用与回收循环各个环节存在很多弊端，具体表现为缺乏互补融合；能源设施较为独立，缺乏互联互通，其结果是能源的系统效率低，能源设施的利用水平低，一些区域中能源设施平均利用率不到50％甚至不足30％，资源、设施及交易价值都没有得到充分释放。\n[0003] 按照系统观点设计、建设和运营能源站，已开始成为生态城市建设的新标准，区域能源供需、能源结构、利用方式与供应模式上的“自我平衡、协同平衡与总体平衡”，是助力实现节能减排和生态城市建设目标的有力手段。进一步而言，实现多能源的融合、梯级利用与供需互动，充分释放能源的效用，实现供用能动态匹配，进一步降低运行成本，这就是区域能源设施的互联互通和智能化管理所追求的目标。\n[0004] 区域多供能站联网运行，实现供用能动态匹配，对控制技术有较高的要求，运行需要平稳，尽量避免大起大落，控制不当会对供能管网造成扰动，导致水力失衡，进而会影响到各个用能端乃至各个供能站，不仅影响整体的运行效果，甚至整个区域大系统无法正常工作。目前已有的用于区域供用能控制技术还不够成熟，采用的多是定值单回路反馈控制，只是实现了对某些工艺参数的单点控制。\n[0005] 由于有多个供能站构成的区域供用能大系统，任何供能站和用能端负荷的变化都会对能源管网大系统带来波动，各个子系统之间有较强的关联作用，动一点会牵动全身，只对某些工艺参数采用简单定值控制，不能同时顾及其它工艺参数的合理性，显然系统无法正常运行；同时多个供能站构成的区域供用能大系统，系统规模一般都比较大，过程存在很大的滞后性，而仅仅采用反馈控制，调节滞后性问题也很难解决，控制的准确性和及时性以及系统运行的稳定性很难保证。\n[0006] 综上所述，在上述已有建筑供用能负荷调整技术中，存在负荷调整准确性和及时性不佳、系统运行不稳定的问题。\n发明内容\n[0007] 有鉴于此，本发明的目的在于提供一种适用于多供能站的建筑节能控制系统，用于确保负荷调整时的准确性和及时性，并进而实现系统稳定运行，使其能够适用于复杂应用场合。\n[0008] 为实现上述目的，本发明的第一方面，提供一种适用于多供能站的建筑节能控制系统，包括冷机装置、连接在所述冷机装置的出水口的冷机侧供水管路、连接在所述冷机装置的进水口的冷机侧回水管路、第一换热器、第二换热器、连接第一换热器与第二换热器的输配管网供水管路及输配管网回水管路、与输配管网供水管线连接的区域网供水管路、与输配管网回水管路连接的区域网回水管路以及经与第二换热器相连接的空调系统；\n[0009] 其中，所述空调系统包括一个及以上的空调末端、用于向所述空调末端供水的用户侧供水支路、用于从所述空调末端回水的用户侧回水支路；所述冷机侧回水管路上设有用于向所述冷机装置回水的冷机冷水泵，所述用户侧回水支路上设有用于向所述空调末端供水的用户输送泵，在所述区域网供水管路上安装有用于调节区域网供水的区域网冷水供水阀；\n[0010] 所述控制系统还包括：\n[0011] 冷机功率控制装置，用于根据所述冷机侧供水管路中的冷机侧冷水温度、所述冷机侧回水管路中的冷机侧回水温度以及所述冷机冷水泵的转速信号，对所述冷机装置进行功率控制；\n[0012] 冷机冷水泵控制装置，根据所述第二换热器的一次侧冷水温度、所述第二换热器一次侧回水温度、所述第二换热器二次侧冷水温度、所述用户输送泵的转速信号，对所述冷机冷水泵进行变频控制；\n[0013] 区域网冷水供水阀控制装置，根据所述第二换热器一次侧冷水温度、所述第二换热器一次侧回水温度、所述第二换热器的二次侧冷水温度、所述用户输送泵的转速信号，对所述区域网冷水供水阀进行阀位控制。\n[0014] 在本发明的第一方面的第一种可能的实现方式中，所述冷机功率控制装置包括：\n[0015] 冷机侧冷水温度测量表，设置在所述冷机侧供水管路上，测量所述冷机侧供水管路中的冷机侧冷水温度；\n[0016] 冷机侧回水温度测量表，设置在所述冷机侧回水管路上，测量所述冷机侧回水管路中的冷机侧回水温度；\n[0017] 冷机冷水泵转速测量表，设置在所述冷机冷水泵上，用于测量冷机冷水泵的转速信号；\n[0018] 冷机侧冷水温度控制器，用于根据所述冷机侧冷水温度测量表所测量的冷机侧冷水温度，计算并输出第一冷机功率控制信号；\n[0019] 冷机冷水泵变频转速前馈控制器，用于根据所述冷机冷水泵转速测量表所测量的转速信号，计算并输出第二冷机功率控制信号；\n[0020] 冷机回水温度前馈控制器，用于根据所述冷机侧回水温度测量表所测量的冷机侧回水温度，计算并输出第三冷机功率控制信号；\n[0021] 冷机功率控制信号加法器，对所述第一冷机功率控制信号、所述第二冷机功率控制信号、以及第三冷机功率控制信号进行求和，将求和后的值作为功率控制信号，来对所述冷机装置进行功率控制。\n[0022] 结合本发明的第一方面的第一种可能，在本发明的第一方面的第二种可能的实现方式中，\n[0023] 所述冷机冷水泵控制装置包括：\n[0024] 第二换热器一次侧冷水温度测量表，设置在所述输配管网供水管路上，测量所述第二换热器一次侧冷水温度；\n[0025] 第二换热器一次侧回水温度测量表，设置在所述输配管网回水管路上，测量所述第二换热器一次侧回水温度；\n[0026] 第二换热器二次侧冷水温度测量表，设置在所述用户侧供水支路上，测量所述第二换热器二次侧冷水温度；\n[0027] 用户输送泵转速测量表，设置在所述用户输送泵上，用于测量用户输送泵的转速信号；\n[0028] 第二换热器二次侧冷水温度控制器，用于根据所述第二换热器二次侧冷水温度测量表所测量的二次侧冷水温度，计算并输出第二换热器二次侧冷水温度控制信号；\n[0029] 用户输送泵转速前馈控制器，用于根据所述用户输送泵转速测量表所测量的转速信号，计算并输出用户输送泵转速前馈控制信号；\n[0030] 第一加法器，对所述第二换热器二次侧冷水温度控制信号与所述用户输送泵转速前馈控制信号进行求和，将求和后的值作为第二换热器一次侧冷水温度设定值输出；\n[0031] 第二换热器一次侧冷水温度控制器，用于根据所述第一加法器输出作为第二换热器一次侧冷水温度设定值，根据第二换热器一次侧冷水温度作为测量值，计算并输出第二换热器一次侧冷水温度控制信号；\n[0032] 第二换热器一次侧回水温度前馈控制器，用于根据所述第二换热器一次侧回水温度测量表所测量的第二换热器一次侧回水温度，计算并输出第二换热器一次侧回水温度前馈控制信号；\n[0033] 第二加法器，对所述第二换热器一次侧冷水温度控制信号与所述第二换热器一次侧回水温度前馈控制信号进行求和，将求和后的值作为负荷控制信号输出；冷机冷水泵分程控制器，按照所述负荷控制信号，对所述冷机冷水泵进行变频控制。\n[0034] 结合本发明的第一方面的第一种可能或第二种可能，在本发明的第一方面的第三种可能的实现方式中，\n[0035] 所述区域网冷水供水阀控制装置包括：\n[0036] 区域网冷水供水阀分程控制器，按照所述负荷控制信号，对所述区域网冷水供水阀进行阀位控制。\n[0037] 本发明实施例提供的适用于多供能站的节能控制系统，由于在各个供回水管路中设置有冷机侧冷水温度测量表、冷机侧回水温度测量表、冷机冷水泵转速测量表、一次侧冷水温度测量表、一次侧回水温度测量表、用户输送泵转速测量等多个测量设备，因而能够根据用户负荷的变化及时调整冷机功率，在将这些测量信号作为二次侧冷水温度控制的前馈信号时，大大提高了负荷调整的及时性，换热器的二次侧冷水温度与一次侧冷水温度所采用串级控制策略，能够有效克服系统存在的各种干扰，进一步提升了换热器二次侧冷水温度的控制精度，使得冷机的冷水温度控制和负荷调整更加平稳，确保了冷机负荷调整和区域网能量调整时的准确性，进而提高系统运行时的稳定性，使其能够适用于复杂应用场合。\n附图说明\n[0038] 图1为本发明实施例的适用于多供能站的节能控制系统的示意图；\n[0039] 图2为本发明实施例的适用于多供能站的节能控制系统内的结构示意图；\n[0040] 图3为本发明实施例的冷机功率控制装置在系统中的原理示意图；\n[0041] 图4为本发明实施例的冷机冷水泵控制装置及区域网冷水供水阀控制装置在系统中的原理示意图。\n具体实施方式\n[0042] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。\n[0043] 首先，本发明实施例提供一种适用于多供能站的节能控制系统。以下通过具体的实施例对本发明实施例提供的适用于多供能站的节能控制系统进行详细说明。\n[0044] 在如背景技术所提出的作为现有技术中，基于单回路反馈控制负荷调整技术，由于由多个供能站构成的区域供用能大系统，任何供能站和用能端负荷的变化都会对能源管网大系统带来波动，各个子系统之间有较强的关联作用，动一点会牵动全身，只对某些工艺参数采用简单定值控制，而不能同时顾及其它工艺参数的合理性，显然系统无法正常运行；\n同时多个供能站构成的区域供用能大系统，系统规模一般都比较大，过程存在很大的滞后性，而仅仅采用反馈控制，调节滞后性问题也很难解决，控制的准确性和稳定性很难保证。\n[0045] 因此，简单靠单回路反馈控制无法有效解决工艺参数稳定性的问题，也会对系统运行的安全性带来隐患，因而存在负荷调整准确性不佳、区域管网运行不稳定的问题。\n[0046] 本发明实施例的主要原理在于，在本发明实施例提供的适用于多供能站的节能控制系统中，根据所设计的各温度/转速测量表以及控制装置，可以依据空调末端的负荷的变化时引起的用户输送泵的变频转速变化量，换热器二次侧的温度发生变化量，以及换热器二次侧温度的变化量来调整换热器一次侧的冷水温度，进而调整冷机负荷，并且当冷量不足时，可以通过区域网冷水供水阀分程控制器，来调整区域网冷水补充量，从而实现基于多能源站的建筑节能控制。\n[0047] 这里，换热器二次侧冷水温度主要受空调末端、即用户负荷的影响，将用户输送泵的变频转速信号作为换热器的二次侧冷水温度控制的前馈信号，则大大提高了负荷调整的及时性，而换热器二次侧冷水温度与换热器一次侧冷水温度所采用的串级控制策略，能够有效克服系统内存在的各种干扰，同时引入的一次侧回水温度前馈信号，进一步提升了换热器二次侧冷水温度的控制精度和及时性；冷机侧冷水温度所采用多变量前馈反馈控制策略，由于引入冷机冷水泵转速作为前馈信号，使得冷机的冷水温度控制和负荷调整更加平稳、及时，从而确保了冷机负荷调整时的准确性，进而起到稳定区域供能管网的作用，使其能够适用于复杂应用场合。\n[0048] 具体而言，针对上述背景技术所存在的问题，本发明实施例提供一种适用于多供能站的节能控制系统，如图1及图2所示，包括冷机装置10、连接在冷机装置10的出水口的冷机侧供水管路L1、连接在冷机装置10的进水口的冷机侧回水管路L2、第一换热器H1、第二换热器H2、连接第一换热器与第二换热器的输配管网供水管路L3及输配管网回水管路L4、与输配管网供水管线L3连接的区域网供水管路N1、与输配管网回水管路L4连接的区域网回水管路N2，以及与第二换热器H2相连接的空调系统。\n[0049] 其中，空调系统包括一个及以上的空调末端20、用于向空调末端20供水的用户侧供水支路L5、用于从空调末端20回水的用户侧回水支路L6；冷机侧回水管路L2上设有用于向冷机装置10回水的冷机冷水泵P10，用户侧回水支路L6上设有用于向空调末端供水的用户输送泵P20，在区域网供水管路N1上安装有用于调节区域网供水的区域网冷水供水阀U1。\n[0050] 控制系统还包括：冷机功率控制装置，用于根据冷机侧供水管路L1中的冷机侧冷水温度T5a、冷机侧回水管路L2中的冷机侧回水温度T6a以及冷机冷水泵P10的转速信号P10a，对冷机装置10进行功率控制。\n[0051] 冷机冷水泵控制装置，根据输配管网供水管路L3中的第二换热器H2一次侧冷水温度T1a、输配管网回水管路L4中的第二换热器H2一次侧回水温度T2a、用户侧供水支路L5中的第二换热器H2二次侧冷水温度T3a、用户输送泵P20的转速信号P20a，对冷机冷水泵进行变频控制。\n[0052] 区域网冷水供水阀控制装置，根据输配管网供水管路L3中的第二换热器H2一次侧冷水温度T1a、输配管网回水管路L4中的第二换热器H2一次侧回水温度T2a、用户侧供水支路L5中的第二换热器H2二次侧冷水温度T3a、用户输送泵P20的转速信号P20a，对区域网冷水供水阀进行阀位控制。\n[0053] 下面对本发明上述实施例的工作过程予以简要说明。冷机装置10在冷机冷水泵P10的变频控制下，将水流供应至冷机侧供水管路L1，水流首先流经第一换热器H1，与流经第一换热器和第二换热器的冷水换热后，再流回冷机装置10；\n[0054] 通过设置在输配管网供水管路L3上的供水泵P30，使得冷水能够流经第一换热器的二次侧和第二换热器的一次侧，同时在输配管网供水管路L3上接入来自区域网冷水管路N1，作为冷机的冷量补充；\n[0055] 通过设置在用户侧回水支路L6上的用户输送泵P20，使得空调系统的回水能够输送至第二换热器的二次侧，并使之与第二换热器一次侧的冷水进行换热，再流经用户侧供水支路L5为空调系统供水。\n[0056] 本发明实施例当空调末端负荷的变化时，会引起换热器二次侧温度或用户输送泵变频转速发生变化，控制系统开始调整换热器一次侧冷水温度，进而调整冷机装置的负荷，当冷机冷量不足时，通过调整来自区域网上的冷水进行补充，本发明所采用的技术实现了用户负荷需求与多供能站供冷量的快速平衡，通过采用换热器二次侧冷水温度与换热器一次侧冷水温度所采用的串级控制策略，能够有效克服系统内存在的各种干扰，进一步提升了换热器二次侧冷水温度的控制精度，以满足用能端的需求。\n[0057] 对此，作为本发明实施例的一个具体应用场景的示例，如图3所示，在该实施例中，冷机功率控制装置C10a包括：\n[0058] 冷机侧冷水温度测量表T5，设置在冷机侧供水管路L1上，测量冷机侧供水管路L1中的冷机侧冷水温度T5a；\n[0059] 冷机侧回水温度测量表T6，设置在冷机侧回水管路L2上，测量冷机侧回水管路L2中的冷机侧回水温度T6a；\n[0060] 冷机冷水泵转速测量表VP10，设置在冷机冷水泵P10上，用于测量冷机冷水泵P10的转速信号P10a；\n[0061] 冷机侧冷水温度控制器B1，用于根据冷机侧冷水温度测量表T5所测量的冷机侧冷水温度T5a，计算并输出第一冷机功率控制信号TIC5；\n[0062] 冷机冷水泵变频转速前馈控制器B2，用于根据冷机冷水泵转速测量表VP10所测量的转速信号P10a，计算并输出第二冷机功率控制信号FIC；\n[0063] 冷机回水温度前馈控制器B3，用于根据冷机侧回水温度测量表T6所测量的冷机侧回水温度T6a，计算并输出第三冷机功率控制信号TIC6；\n[0064] 冷机功率控制信号加法器，对第一冷机功率控制信号TIC5、第二冷机功率控制信号FIC、以及第三冷机功率控制信号TIC6进行求和，将求和后的值作为功率控制信号，来对冷机装置进行功率控制。\n[0065] 更具体地，如图4所示，冷机冷水泵控制装置C10b包括：\n[0066] 第二换热器一次侧冷水温度测量表T1，设置在输配管网供水管路L3上，测量第二换热器H2的一次侧冷水温度T1a；\n[0067] 第二换热器一次侧回水温度测量表T2，设置在输配管网回水管路L4上，测量第二换热器H2的一次侧回水温度T2a；\n[0068] 第二换热器二次侧冷水温度测量表T3，设置在用户侧供水支路L5上，测量第二换热器H2的二次侧冷水温度T3a；\n[0069] 用户输送泵转速测量表VP20，设置在用户输送泵P20上，用于测量用户输送泵P20的转速信号P20a；\n[0070] 第二换热器二次侧冷水温度控制器A1，用于根据第二换热器二次侧冷水温度测量表T3所测量的第二换热器二次侧冷水温度T3a，计算并输出第二换热器H2的二次侧冷水温度控制信号TIC3；\n[0071] 用户输送泵转速前馈控制器A2，用于根据用户输送泵转速测量表VP20所测量的转速信号P20a，计算并输出用户输送泵转速前馈控制信号VP20C；\n[0072] 第一加法器，对一次侧冷水温度控制信号TIC3与用户输送泵转速前馈控制信号VP20C进行求和，将求和后的值作为第二换热器一次侧冷水温度控制值T1sp输出；\n[0073] 第二换热器一次侧冷水温度控制器A3，用于将第二换热器一次侧冷水温度设定值T1sp作为设定值，将第二换热器H2的一次侧冷水温度T1a作为测量值，从而根据第一加法器输出的第二换热器一次侧冷水温度控制值T1sp、以及第二换热器一次侧冷水温度测量表T1所测量的第二换热器一次侧冷水温度T1a，计算并输出第二换热器一次侧冷水温度控制信号TIC1；\n[0074] 第二换热器一次侧回水温度前馈控制器A4，用于根据第二换热器一次侧回水温度测量表T2所测量的一次侧回水温度T2a，计算并输出第二换热器一次侧回水温度控制信号TIC2；\n[0075] 第二加法器，对第二换热器一次侧冷水温度控制信号TIC1与第二换热器一次侧回水温度控制信号TIC2进行求和，将求和后的值作为负荷控制信号VFP10输出；\n[0076] 冷机冷水泵分程控制器A5，按照负荷控制信号VFP10，对冷机冷水泵进行变频控制。\n[0077] 区域网冷水供水阀分程控制器A6，按照负荷控制信号VFP10，对区域网冷水供水阀进行阀位控制。\n[0078] 举例而言，在本发明的一个具体实施例中，如图3及图4所示，T3a为第二换热器H2的二次侧冷水温度，接入第二换热器二次侧冷水温度控制器A1的输入端，作为测量值。P20a为用户输送泵P20的转速，接入用户输送泵转速前馈控制器A2的输入端，作为测量值。第二换热器二次侧冷水温度控制器A1的输出信号TIC3、用户输送泵转速前馈控制器A2的输出信号VP20C之和T1sp作为第二换热器一次侧冷水温度控制器A3的给定值，T1a为第二换热器H2的一次侧冷水温度作为测量值，其与一次侧冷水温度控制器A3的给定值T1sp一起，接入该第二换热器H2的一次侧冷水温度控制器A3的输入端。T2a为第二换热器H2的一次侧回水温度，接入第二换热器H2的一次侧回水温度前馈控制器A4的输入端，作为测量值。一次侧冷水温度控制器A3的输出信号TIC1、一次侧回水温度前馈控制器A4的输出信号TIC2之和VFP10作为负荷控制信号。\n[0079] 该负荷控制信号VFP10作为输入信号分别接入冷机冷水泵分程控制器A5以及区域网冷水供水阀分程控制器A6，冷机冷水泵分程控制器A5输出信号接至冷机冷水泵P10作为控制信号，区域网冷水供水阀分程控制器A6输出信号U接至区域网冷水供水阀作为控制信号，分程控制器算法可按下式进行计算:\n[0080] 冷机冷水泵分程控制器A5的输出信号＝2*VFP10，60％<＝冷机冷水泵分程控制器A5的输出信号<＝100％；\n[0081] 区域网冷水供水阀分程控制器A6的输出信号＝2*(VFP10-50％),0<＝区域网冷水供水阀分程控制器A6的输出信号<＝100％；\n[0082] T5a为冷机侧冷水温度，接入冷机侧冷水温度控制器B1的输入端，作为测量值。\nP10a为冷机冷水泵P10的变频转速信号，接入冷机冷水泵变频转速前馈控制器B2的输入端，T6a为冷机侧回水温度，接入冷机回水温度前馈控制器B3的输入端，冷机侧冷水温度控制器B1的输出TIC5，冷机冷水泵变频转速前馈控制器B2的输出FIC与冷机回水温度前馈控制器B3的输出TIC6三者之和作为冷机装置10的控制信号；所述控制器采用PID算法，前馈控制器采用PD算法或其它算法。\n[0083] 最后，需要说明的是，虽然上述说明中以集成的器件为例说明各个控制器及温度测量表进行了说明，但是，它们可集成在一个综合控制器中，或者分别对应该综合控制器的各个功能模块，本发明实施例对此并不限定。\n[0084] 以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。