一种中央空调动态需求响应的控制方法及系统与流程

本发明涉及能源与节能技术领域，具体涉及一种中央空调动态需求响应的控制方法及系统。

背景技术：

随着国内经济的高速发展，中央空调系统在民用建筑中的使用率急剧增长，中央空调系统一般包括一个或多个冷热源系统和多个空气调节系统，集中处理空气以达到舒适要求，具有能耗高、时段集中、可调控、潜力大的特点。据统计，空调用电量占城市用电量的30％以上，中央空调系统的使用能耗占建筑总能耗的50％以上，中央空调系统已经成为电网增长最快的负荷之一，因此对中央空调系统削减负荷，成为动态需求侧管理的重点部分。

电力需求响应(dr，demandresponse)技术是通过协调用户的电力消费方式来提高整个社会的用电效率，在不额外增加装机容量的前提下，削减高峰时段的负荷需求，以缓解电力供需不平衡。

中央空调系统作为能耗大户之一，用户侧往往仅具有日常运行模式，很难实现动态需求响应负荷削峰，动态需求响应能力差、能耗高，电力消耗较为浪费。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种中央空调动态需求响应的控制方法及系统以解决现有技术中中央空调很难实现动态需求响应使得电力能耗高、浪费大的问题。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种中央空调动态需求响应的控制方法，其包括以下步骤：

步骤s1、采集中央空调系统的当前运行参数，所述中央空调系统至少包括多台空调主机；所述当前运行参数包括数字量信息和模拟量信息，所述数字量信息至少包括空调主机启停信息，所述模拟量信息至少包括与所述空调主机运行相关的用电设备的电压和电流、与所述空调主机运行相关的水的温度和压力、空调主机运行负荷与运行负荷限制、温度设定信息；

步骤s2、分析所述当前运行参数，判断负荷调控的空间，根据不同的负荷调控命令和负荷调控的空间，执行对应的调峰方案，调节所述中央空调系统的运行参数，实现负荷调控与所述中央空调系统之间的动态需求自动响应；

步骤s3、调峰方案执行完成后，所述中央空调系统转为日常运行模式，所述调峰方案包括，根据所述空调主机的运行台数调整所述空调主机容量。

优选地，所述调峰方案至少包括：高档调峰方案：

步骤s201-1、判断空调主机运行台数是否＝0，如是，则不执行操作，调峰结束；如否，转入步骤s201-2；

步骤s201-2、判断空调主机运行台数是否＝1，如是，则转入步骤s201-3；如否，转入步骤s201-4；

步骤s201-3、削减空调主机工作容量，直至调峰计时结束，转为日常运行模式，恢复空调主机容量；

步骤s201-4、判断空调主机运行台数是否≥2，如是，则转入步骤s201-5；

步骤s201-5、关闭当前容量最低的空调主机，直至调峰计时结束，转为日常运行模式，该空调主机重新开机。

优选地，所述调峰方案至少包括：中档调峰方案：

步骤s211-1、判断空调主机运行台数是否＝0，如是，则不执行操作，调峰结束；如否，转入步骤s211-2；

步骤s211-2、判断空调主机运行台数是否≥1，如是，则转入步骤s221-3；

步骤s211-3、削减空调主机工作容量，直至调峰计时结束，转为日常运行模式，恢复该空调主机容量。

优选地，所述调峰方案至少包括：低档调峰方案：

步骤s221-1、判断空调主机运行台数是否＝0，如是，则不执行操作，调峰结束；如否，转入步骤s221-2；

步骤s221-2、判断空调主机运行台数是否≥1，如是，则转入步骤s221-3；

步骤s221-3、判断出水温度是否在空调主机设定温度±1℃范围内；如是，则转入步骤s221-4；如否，转入步骤s221-5；

步骤s221-4、空调主机出水温度设定值+1℃，直至调峰计时结束，转为日常运行模式，恢复主机设定温度；

步骤s221-5、削减空调主机工作容量，直至调峰计时结束，转为日常运行模式，恢复该空调主机容量。

优选地，削减空调主机工作容量时空调主机的加载率不低于60％。

优选地，所述日常运行模式包括：

步骤s31、判断空调主机运行台数是否＝0，如是，则转入步骤s32；如否，转入步骤s33；

步骤s32、选择无故障系统，并检测所述中央空调系统中设备的运行状态；

步骤s33、判断空调主机运行台数是否≥1，如是，则转入步骤s34；

步骤s34、对空调主机进行加载或减载调控。

优选地，步骤s32选择无故障系统时，选择远程模式下运行时间最短的系统。

优选地，步骤s34、对空调主机进行加载或减载调控包括：

步骤s34-1、需要加载空调主机时，选择无故障系统，并检测所述中央空调系统中设备的运行状态；

步骤s34-2、需要减载空调主机时，选择正在运行的系统中远程模式下运行时间最长的系统，将其关闭。

本发明还提供一种中央空调动态需求响应的控制系统，其包括：

数据采集模块，用于采集中央空调系统的当前运行参数，所述中央空调系统至少包括多台空调主机；所述当前运行参数包括数字量信息和模拟量信息，所述数字量信息至少包括空调主机启停信息，所述模拟量信息至少包括与所述空调主机运行相关的用电设备的电压和电流、与所述空调主机运行相关的水的温度和压力、空调主机运行负荷与运行负荷限制、温度设定信息；

分析处理模块，用于分析所述当前运行参数，判断负荷调控的空间；

调峰控制模块，用于根据不同的负荷调控命令和负荷调控的空间，执行对应的调峰方案，调节所述中央空调系统的运行参数，实现负荷调控与所述中央空调系统之间的动态需求自动响应；

日常运行模块，用于调峰方案执行完成后，所述中央空调系统转为日常运行模式，所述调峰方案包括，根据所述空调主机的运行台数调整所述空调主机容量。

优选地，所述中央空调动态需求响应的控制系统还包括报警保护模块，所述报警保护模块用于所述中央空调系统中设备故障时生成报警信息，并进行保护联锁。

相比于现有技术，本发明提供的中央空调动态需求响应的控制方法及系统具有以下优势：

本发明提供了一种中央空调动态需求响应的控制方法及系统，通过采集与分析用户侧中央空调系统的当前运行参数，判断出用户侧中央空调系统的负荷调控的空间，根据不同的负荷调控命令和负荷调控空间，执行对应的调峰方案，从而调节所述中央空调系统的运行参数，在不影响或少影响用户舒适度的前提下实现自动响应，满足调峰需求；调峰方案执行完成后，还能够转为日常运行模式，同时满足动态需求响应负荷削峰与日常运行节能，达到降低峰荷、缓解供需矛盾的目的，大大提高了商业用电系统的动态需求响应能力，有效降低建筑用电系统的能耗。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。在附图中：

图1为本发明提供的一种优选实施方式的中央空调动态需求响应的控制方法的步骤流程图；

图2为本发明提供的一种优选实施方式的中央空调动态需求响应的控制系统的结构示意图；

图3为图1所示中央空调动态需求响应的控制方法中调峰方案的流程示意图；

图4为图1所示中央空调动态需求响应的控制方法中日常运行模式的流程示意图。

附图标记：

1-中央空调系统，10-空调主机，

11-冷却泵，12-冷却塔，

13-冷冻泵，14-用冷区域，

2-控制系统，21-数据采集模块，

22-分析处理模块，23-调峰控制模块，

24-日常运行模块，25-报警保护模块。

具体实施方式

本发明提供了许多可应用的创造性概念，该创造性概念可大量的体现于具体的上下文中。在下述本发明的实施方式中描述的具体的实施例仅作为本发明的具体实施方式的示例性说明，而不构成对本发明范围的限制。

下面结合附图和具体的实施方式对本发明作进一步的描述。

如图1所示，图1为本发明提供的一种优选实施方式的中央空调动态需求响应的控制方法的步骤流程图。本实施例提供一种中央空调动态需求响应的控制方法，包括以下步骤：

步骤s1、采集中央空调系统的当前运行参数，所述中央空调系统至少包括多台空调主机；所述当前运行参数包括数字量信息和模拟量信息，所述数字量信息至少包括空调主机启停信息，所述模拟量信息至少包括与所述空调主机运行相关的用电设备的电压和电流、与所述空调主机运行相关的水的温度和压力、空调主机运行负荷与运行负荷限制、温度设定信息；

步骤s2、分析所述当前运行参数，判断负荷调控的空间，根据不同的负荷调控命令和负荷调控的空间，执行对应的调峰方案，调节所述中央空调系统的运行参数，实现负荷调控与所述中央空调系统之间的动态需求自动响应；

步骤s3、调峰方案执行完成后，所述中央空调系统转为日常运行模式；

所述调峰方案包括，根据所述空调主机的运行台数调整所述空调主机容量。

本发明提供了一种中央空调动态需求响应的控制方法，通过采集与分析用户侧中央空调系统的当前运行参数，判断出用户侧中央空调系统的负荷调控的空间，根据不同的负荷调控命令和负荷调控的空间，执行对应的调峰方案，从而调节所述中央空调系统的运行参数，在不影响或少影响用户舒适度的前提下实现自动响应，满足调峰需求；调峰方案执行完成后，还能够转为日常运行模式，同时满足动态需求响应负荷削峰与日常运行节能，达到降低峰荷、缓解供需矛盾的目的，大大提高了商业用电系统的动态需求响应能力，有效降低建筑用电系统的能耗，广泛用于具有动态需求响应功能的中央空调系统智能化管理系统。

具体地，下面将对各步骤进行详细说明。

步骤s1、采集中央空调系统的当前运行参数，所述中央空调系统至少包括多台空调主机；所述当前运行参数包括数字量信息和模拟量信息，所述数字量信息至少包括空调主机启停信息，所述模拟量信息至少包括与所述空调主机运行相关的用电设备的电压和电流、与所述空调主机运行相关的水的温度和压力、空调主机运行负荷与运行负荷限制、温度设定信息。

如图2所示，图2为本发明提供的一种优选实施方式的中央空调动态需求响应的控制系统的结构示意图。

所述中央空调系统1包括多台空调主机10，每台空调主机10分别设有冷却泵11、冷却塔12、冷冻泵13与其配合运行，所述空调主机10产生温度较低的冷冻水，通过所述冷冻泵13送至用冷区域14交换成温度较高的冷冻水回到所述空调主机10，所述空调主机10把温度高的冷冻水的热量传导给温度低的冷却水，使之变成温度高的冷却水，温度高的冷却水通过所述冷却泵11送至所述冷却塔12后通过所述冷却塔12把热量排至户外，变成温度低的冷却水回到所述空调主机10。所述空调主机10包括蒸发器、冷凝器、以及与之配套的水泵、压缩机、传感器等多种用电设备。

采集所述当前运行参数时，通过相关传感器、多功能电表、通讯网关等采集参数，具体地，所述当前运行参数包括数字量信息和模拟量信息，所述数字量信息至少包括所述空调主机10的启停信息，所述模拟量信息至少包括与所述空调主机10运行相关的用电设备的电压和电流、与所述空调主机10运行相关的水的温度和压力、空调主机运行负荷与运行负荷限制、温度设定信息。所述用电设备既包括所述空调主机10内蒸发器、冷凝器、以及与之配套的水泵、压缩机、传感器等多种用电设备，也包括冷却泵11、冷却塔12、冷冻泵13等用电设备，所述与所述空调主机10运行相关的水既包括冷却水，也包括冷冻水。所述中央空调系统1的运行参数采集的越全面，对其当前工作状态的判断越准确，调峰时越精确。

当然，所述数字量信息还可以包括水泵启停信息等，所述模拟量信息还可以包括压缩机运行参数等，既包括所述中央空调系统1中空调主机、水泵、冷却塔风机等用电数据，也包括所述中央空调系统1中水系统的运行数据。

本发明提供的中央空调动态需求响应的控制系统2包括数据采集模块21、分析处理模块22、调峰控制模块23、日常运行模块24。

所述数据采集模块21用于采集所述中央空调系统1的当前运行参数，所述中央空调系统1至少包括多台空调主机10；所述当前运行参数包括数字量信息和模拟量信息，所述数字量信息至少包括所述空调主机10的启停信息，所述模拟量信息至少包括与所述空调主机10运行相关的用电设备的电压和电流、与所述空调主机10运行相关的水的温度和压力、空调主机运行负荷与运行负荷限制、温度设定信息。

所述分析处理模块22用于分析所述当前运行参数，判断负荷调控的空间。具体地，对采集的数据进行计算分析，并对数据合理性进行检查，采集数据可通过lonworks网络实时发给上位主机。

所述调峰控制模块23用于根据不同的负荷调控命令和负荷调控的空间，执行对应的调峰方案，调节所述中央空调系统1的当前运行参数，实现负荷调控与所述中央空调系统1之间的动态需求自动响应。

具体地，根据数据分析处理结果对空调主机等用电设备数据进行启停、运行负荷限制、温度设定、运行频率等设定操作；对参与调峰控制的设备按照调峰需求及实时运行状态分析来执行对应调峰命令，设置远程调控相关设备的运行参数，在不影响用户舒适度的前提下实现自动响应，满足调峰需求。

所述日常运行模块24用于调峰方案执行完成后，所述中央空调系统1转为日常运行模式。

具体地，读取所述空调主机10的运行参数，监测所述空调主机10的运行状态、冷冻水出水温度远程设置，确保其自带控制功能的实现，并根据负荷的变化对所述空调主机10进行台数控制，水泵根据压差与温差的偏差值自动分析计算，调试运行频率，以保证所述中央空调系统1的节能高效运行；根据所述中央空调系统1中水系统的运行参数，自动分析控制模式，对所述空调主机10进行加载或减载调控，温差与压差参数调控，水泵和冷却塔风机运行进行调控，减少能耗的同时满足舒适度要求。

优选地，所述中央空调动态需求响应的控制系统2还包括报警保护模块25，所述报警保护模块25用于所述中央空调系统1中设备故障时生成报警信息，并进行保护联锁。

具体地，采集监测设备运行参数，对调峰策略执行时产生的所述空调主机10等设备的命令动作进行保护连锁以及报警，保证所述空调主机10的运行安全。对已经故障的设备信息即时生成报警信息，达到及时排除故障，减少能源损耗，保证系统安全的目的；对执行调峰命令模式的过程、日常运行模式的过程进行执行保障，避免设备在控制过程中损坏，实现安全运行。

优选地，所述中央空调动态需求响应的控制系统1增加扩展模块以增加接口，能够满足各种项目调峰不同的主机类型或者数量的需求。

步骤s2、分析所述当前运行参数，判断负荷调控的空间，根据不同的负荷调控命令和负荷调控的空间，执行对应的调峰方案，调节所述中央空调系统的运行参数，实现负荷调控与所述中央空调系统之间的动态需求自动响应。

分析所述中央空调系统的运行参数，判断出用户侧中央空调系统的负荷调控的空间，也是调节能耗的空间，即自动判断可削减容量；所述负荷调控命令由用电负荷、调峰需求及实时运行状态确定，可以由供电方提供，也可以由调峰方提供，在本实施例中，供电方提供所述负荷调控命令，也是调峰命令，所述调峰命令包括调峰档位以及调峰时间。

如图3所示，图3为图1所示中央空调动态需求响应的控制方法中调峰方案的流程示意图。

优选地，所述调峰方案至少包括：

高档调峰方案：

步骤s201-1、判断空调主机运行台数是否＝0，如是，则不执行操作，调峰结束；如否，转入步骤s201-2；

步骤s201-2、判断空调主机运行台数是否＝1，如是，则转入步骤s201-3；如否，步骤转入s201-4；

步骤s201-3、削减空调主机工作容量，直至调峰计时结束，转为日常运行模式，恢复空调主机容量；

步骤s201-4、判断空调主机运行台数是否≥2，如是，则转入步骤s201-5；

步骤s201-5、关闭当前容量最低的空调主机，直至调峰计时结束，转为日常运行模式，该空调主机重新开机。

优选地，所述调峰方案至少包括：

中档调峰方案：

步骤s211-1、判断空调主机运行台数是否＝0，如是，则不执行操作，调峰结束；如否，转入步骤s211-2；

步骤s211-2、判断空调主机运行台数是否≥1，如是，则转入步骤s221-3；

步骤s211-3、削减空调主机工作容量，直至调峰计时结束，转为日常运行模式，恢复该空调主机容量。

优选地，所述调峰方案至少包括：

低档调峰方案：

步骤s221-1、判断空调主机运行台数是否＝0，如是，则不执行操作，调峰结束；如否，转入步骤s221-2；

步骤s221-2、判断空调主机运行台数是否≥1，如是，则转入步骤s221-3；

步骤s221-3、判断出水温度是否在空调主机设定温度±1℃范围内；如是，则转入步骤s221-4；如否，转入步骤s221-5；

步骤s221-4、空调主机出水温度设定值+1℃，直至调峰计时结束，转为日常运行模式，恢复主机设定温度；

步骤s221-5、削减空调主机工作容量，直至调峰计时结束，转为日常运行模式，恢复该空调主机容量。

在不同的调峰方案下，通过判断空调主机运行台数确定当前中央空调系统的实时运行状态，以调整所述空调主机容量。若空调主机运行台数为0，则不执行任何操作；若空调主机运行台数不为0，则通过削减空调主机工作容量，在不改变或者尽量少改变用户体验的情况下进行调峰，既保证了中央空调的效果，也能够实现自动响应，满足调峰需求。

在本实施例中，所述调峰方案包括高中低三档调峰方案，当然，在其他实施例中，也可以根据调峰需求和实时运行状态设置一档或多档调峰方案。

具体地，在本实施例中，各档调峰方案如下：

高档调峰方案：判断空调主机运行台数是否＝0，如是，则不执行操作，调峰结束；如否，判断空调主机运行台数是否＝1，如是，则削减所有空调主机工作容量，即所有主机工作容量*70％，直至调峰计时结束，转为日常运行模式，恢复空调主机容量；如否，判断空调主机运行台数是否≥2，如是，则关闭当前容量最低的空调主机，直至调峰计时结束，转为日常运行模式，关闭的空调主机重新开机。

关闭当前容量最低的空调主机时，按照关机流程顺序，逐步延时关闭1台冷却泵、1台冷冻泵；冷冻泵和冷却泵继续运行的数量要和空调主机继续运行的数量保持一致。

中档调峰方案：判断空调主机运行台数是否＝0，如是，则不执行操作，调峰结束；如否，判断空调主机运行台数是否≥1，如是，则削减所有空调主机工作容量，即所有空调主机工作容量*80％，直至调峰计时结束，转为日常运行模式，恢复空调主机容量。

低档调峰方案：判断空调主机运行台数是否＝0，如是，则不执行操作，调峰结束；如否，判断空调主机运行台数是否≥1，如是，则判断出水温度是否在空调主机设定温度±1℃范围内；如是，则空调主机出水温度设定值+1℃，直至调峰计时结束，转为日常运行模式，恢复空调主机设定温度；如否，则削减所有空调主机工作容量，即所有空调主机工作容量*90％，直至调峰计时结束，转为日常运行模式，恢复空调主机容量。

结果表明：制冷工况下，室内温度每提高1℃，空调能耗可以减少8％～10％；若所述空调主机为冷水机组，冷水机组的出水温度每提高1℃，机组的运行能耗可降低3％。在本实施例中，为保证不影响或者少影响用户的舒适度，以温度为例，在夏天时，最高调高1℃。

优选地，在上述调峰方案中，削减空调主机工作容量时空调主机的加载率不低于60％。空调主机的加载率即为电流百分比，表征着空调主机容量，空调主机的加载率不低于60％保证了空调主机的功率不会太低，避免影响中央空调的效果。

如图4所示，图4为图1所示中央空调动态需求响应的控制方法中日常运行模式的流程示意图。

所述日常运行模式包括：

步骤s31、判断空调主机运行台数是否＝0，如是，则转入步骤s32；如否，转入步骤s33；

步骤s32、选择无故障系统，并检测所述中央空调系统中设备的运行状态；

步骤s33、判断空调主机运行台数是否≥1，如是，则转入步骤s34；

步骤s34、对空调主机进行加载或减载调控。

本实施例提供的中央空调动态需求响应的控制方法中，在负荷削峰结束后，所述中央空调系统转为日常运行模式，自动恢复正常运行，同时附带有日常运行时的节能调控功能，同时满足动态需求响应负荷削峰与日常运行节能，实用性强、易于推广应用。

优选地，步骤s32选择无故障系统时，选择远程模式下运行时间最短的系统。

空调主机运行台数为0时，启动空调主机运行变频节能策略，先对系统进行选择，以运行时间最短的系统为最佳；检测所述中央空调系统中设备的运行状态时，依次确定主机电动蝶阀、冷冻泵、冷却泵、冷却塔启动无故障，然后进行日常调控。

优选地，步骤s34、对空调主机进行加载或减载调控包括：

步骤s34-1、需要加载空调主机时，选择无故障系统，并检测所述中央空调系统中设备的运行状态；

步骤s34-2、需要减载空调主机时，选择正在运行的系统中远程模式下运行时间最长的系统，将其关闭。

选择减载空调主机时，对系统进行选择，以运行时间最长的系统为最佳，避免系统长时间运行导致的设备磨损，有利于系统间的平衡；并进行关闭程序，依次关闭主机、冷却塔、冷却泵、冷冻泵。

以上实施方式中，对本发明提供的方法中的各步骤进行了说明，其实现由计算机执行完成。即，在计算机中预先安装相应的程序，通过运行程序执行中央空调动态需求响应的控制方法。实现前述的中央空调动态需求响应的控制方法的程序可以存储于计算机可读取存储介质中，并被处理器执行；其中，所述处理器可以作为一个或多个处理器芯片实施，或者可以为一个或多个专用集成电路(asic)的一部分，而前述的存储介质可以包括但不限于以下类型的存储介质：闪存(flashmemory)、只读存储器(rom)、随机存取存储器(ram)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

应该注意的是，上述实施例对本发明进行说明而不是对本发明进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。