冰蓄冷空调系统预测控制策略研究

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1、分类号（TU831）学号1108110212002学位论文冰蓄冷空调系统预测控制策略研究ResearchonPredictiveControlforIceStorageAir-ConditioningSystems王义指导教师姓名魏东教授北京建筑大学申请学位级别硕士学位类别工学硕士专业名称检测技术与自动化装置年级2012论文答辩时间2015年6月学位授予单位和日期北京建筑大学2015年7月答辩委员会主席张少军教授论文评阅人刘辛国副教授史云涛教授北京建筑大学硕士学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，

2、是本人在导师的指导下进行的研宄工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人己经发表或撰写过的研究成果，也不包含本人或他人为获得北京建筑大学或其它教育机构的学位或学历证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研宄所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示了谢意。若有不实之处，本人愿意承担相关法律责任。学位论文作者签字：王^曰期：年孓月功曰北京建筑大学硕士学位论文版权使用授权书本人完全了解学校有关学位论文知识产权的规定，在校攻读学位期间论文工作的知识产权属子北京建筑大

3、学，允许论文被查阅和借阅。学校有权保留论文并向国家有关部门或机构送交论文纸质版和电子版，可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印、或扫描等复制手段保存和汇编学位论文。保密学位论文在解密后的使用授权同上。学位论文作者签名：王校内导师签名：歡>6一年<月V曰2办年6月¥曰校外导师签名：年月日摘要摘要随着经济的发展，城市规模不断扩大，能耗需求也日益增多。以北京地区为例，近年来为满足日益增长的能源消耗需求，北京周边地区新建了多座火力发电厂，新增发电装机容量加大了电网峰谷差，造成能源浪

4、费；同时火力发电厂燃煤也恶化了北京地区雾霾天气。为了节约能源和改善环境，国家多次出台相关政策鼓励蓄能设备发展，实现调节峰谷差，达到节能减排的目的。在政府引导下，北京地区多个大型建筑安装了冰蓄冷空调系统，以此希望通过减少火力发电厂数量，改善北京的环境状况。但是，课题组前期对北京市冰蓄冷空调系统运行情况进行了调研，发现目前冰蓄冷空调系统普遍存在控制性能不佳的问题，未实现在不同负荷下进行蓄冷和释冷优化控制，大多数情况下操作人员凭借个人经验运行系统，造成整个冰蓄冷空调系统达不到设计指标，未发挥出冰蓄冷空调系统移峰填谷

5、的作用和节能潜力。预测控制是一种优化控制策略，能够通过求解性能指标的最优值，实现冰蓄冷空调系统的优化控制，不仅能够实现优化控制，实现节能，而且对模型要求低，因此本课题采用预测控制实现冰蓄冷系统的优化控制。目前冰蓄冷系统预测优化控制策略的研究工作存在两方面困难，一是缺乏验证控制策略的仿真平台，由于冰蓄冷空调系统设备、回路众多、机理复杂，不便于直接采用MATLAB建模，为控制系统仿真带来了困难；而传统的暖通空调系统仿真平台（例如TRNSYS、EnergyPlus等）存在大量非标准化的非动态模型，如冰蓄冷系统的非动

6、态冰槽模型等，不适合用于控制系统仿真，需要针对实际工程建立冰槽模型，与TRNSYS仿真平台的制冷机、水泵等设备配合，进行冰蓄冷系统模拟仿真；二是现有预测控制优化算法计算量大，编程繁琐，不易于工程实现。为解决上述问题，本论文通过TRNSYS（TransientSystemSimulationProgram，瞬态系统仿真程序）软件的模块快速开发和程序调用功能，构建了MATLAB软件和TRNSYS软件的联合仿真平台，并在平台中开发了冰槽模块模型，同时建立了板式换热器的动态模型。在此基础上，利用所开发的动态模型构建了

7、冰蓄冷空调控制系统仿真平台，以达到能够验证基于MATLAB开发的控制策略目的。基于联合仿真平台，本论文建立了北京某大型建筑冰蓄冷空调系统的动态模型。在该冰蓄冷空调系统中，冷冻水经过双工况冷机和冰槽的双重作用，形成了冷冻水回水由13.2℃到出水2.2℃的大温差系统。对于实际工程，稳定低温小量的冷冻水可实现空调水系统和风系统泵的节能控制，因此研究低温大温差冰蓄冷系统预测优化控制策略具有重要意义。现有预测控制优化算法在控制非线性系统时，求解最优解通常可以采用动态规划法和欧拉方程法，但是两者均有不可克服的缺点，本论文

8、研究了神经网络预测控制策略，I摘要该策略基于Hamilton-Jacobi-Bellman(HJB)及Euler-Lagrange(EL)方程，通过神经网络求解，该算法具有计算量小、易于工程实现的特点。为了对算法进行验证，本论文采用该算法对所建立的冰蓄冷系统模型进行了控制中，通过神经网络预测控制策略求解冰蓄冷空调系统的优化反馈解。算法的多步预测滚动优化增强控制器的抗干扰能力，同时可以对冰蓄冷系统多个