集中—分布式空气源热泵控制系统

曹诚路 1 王珂 2 甘玉莲 3

1 、 2 雄安许继电科综合能源技术公司 河南许昌 461000

3 雄安许继电科综合能源技术公司 北京市海淀区 100085

摘要：本文介绍了一种与传统的集中控制系统有所区分的集中—分布式控制系统，阐述了该控制的组成与工作原理。提出了更加严谨和科学的控制流程及方法以提高热泵的可靠性、稳定性和节能性。

关键词：空气源热泵、控制系统、分布式

Abstract: This paper introduces a kind of centralized distributed control system which is different from the traditional centralized control system, and expounds the composition and working principle of the control. A more rigorous and scientific control process and method are proposed to improve the reliability, stability and energy saving of the heat pump.

Key words: air-source heat pump, control system, distributed

1 引言

在无外界能量驱动的前提下，被控能量总是由高位能向低位能的方向自动流转。而通过类似水泵和热泵的装置，可以实现能量的逆向流转。而传统的空气源热泵控制系统采用的是集中式的数据处理和控制，但随着人们环保意识的增强及相应的国家政策，目前的集中—分布式控制系统在时效性和功能性上已经无法满足要求。基于此，本文提出了集中—分布式的控制系统，由三层基础面实现整体系统的智能控制。

2 控制系统设计

传统的集中式控制系统是针对小型的空气源热泵系统进行设计的。由于系统容量较小，整体的控制系统将数据采集和数据交互以及监控集中于一体控制器中。其示意图如下所示：

图1 集中式控制系统拓扑图

但随着系统容量增大以及人们对环保要求的提高导致系统的复杂性赠加。集中—分布式控制系统将有效解决此类问题。

全局控制器：根据优化的系统运行状态点，结合设备的实际运行数据，计算获取设备的控制指令，实现系统的节能控制。

中央管理平台：从系统全局出发，根据室外气象参数及符合，对系统的运行装填点进行二次优化，在确保室内热湿环境控制的前提下，实现系统的最小能耗与西宁。

现场控制器：对系统进行数据采集和基本的策略控制。

图2 集中—分布式控制系统拓扑图

集中—分布式控制系统包含现场控制器、全局控制器和中央管理平台三大模块。相互之间即可独立运行，同时又具备强耦合性，从而保证了高节能性和高安全性。

系统通过优化机组、水泵、冷却塔风机等设备的运行状态实现节能性。主要从两个角度出发设计：其一优化末端负荷，其二优化机组控制，提高设备运行效率。集中—分布式控制系统则可以同时实现多角度复合控制，即底层分布式控制实现设备的优化运行，上层集中式控制整合数据进行末端负荷的控制。

为提高系统的功能性，在上层集中式控制系统中引入神经网络模型对设备进行深度学习和控制。

3. 系统预测控制

传统的控制方案由于滞后性，导致精确的控制难以实现。而类似于专家控制和模糊控制的等现代控制方案也受到设计人员的经验和实际情况的契合度，进而导致系统的控制性能不好。

在设备运行状态、运行数据的实时采集前提下，通过采用神经网络模型对大量数据进行深度学习和建模。

某工程项目建筑面积约为1400平方米，实际总空调面积约为1200平方米，按照负荷计算方式，可得其夏季制冷量为216KW，冬季制热量为98KW。夏季出水温度7℃，回水温度12℃；冬季出水温度46℃，回水温度41℃。采用神经网络控制结构图如下：

图3 神经网络控制结构图

根据神经网络控制实现效果如下：

图5 供回水温度实测预测对比图

根据效果图可得，通过神经网络控制，其供回水温度无论在时效性和控制性都得到了较为理想的状态。

4 结束语

相对于传统的分布式控制系统，集中—分布式控制系统提供灵活的控制方案，可根据实际需要调整控制策略，实现了能源的最优化配置。

5 参考文献

[1]冷热电联供系统特性于控制策略的研究状况[J]，2009年全国博士学术会议电站自动化信息胡118~122

[2]分布式冷热电联供系统优化运行方法[J],电力科学于技术学报，2017.3：55~63

[3]某分布式能源系统中冷热电三联产控制优化分析[J],发电与空调，158：1~5