本發(fā)明屬于制冷系統(tǒng)的節(jié)能控制，具體涉及一種基于虛擬冷量的制冷系統(tǒng)優(yōu)化控制方法。

背景技術(shù)：

1、近年來，冷鏈物流行業(yè)迎來了迅猛的發(fā)展，市場規(guī)模持續(xù)擴大，國家骨干冷鏈物流基地與產(chǎn)地銷地冷鏈設(shè)施的建設(shè)步伐穩(wěn)健，冷鏈裝備的技術(shù)水平也實現(xiàn)了顯著提升。然而，隨著“雙碳”目標的明確提出，冷鏈物流行業(yè)也面臨著節(jié)能減排的緊迫任務(wù)。這一要求促使冷鏈物流冷庫設(shè)計必須與時俱進，順應(yīng)綠色、低碳的發(fā)展趨勢。

2、在此背景下，數(shù)字孿生技術(shù)因其能夠顯著提升能源利用效率、減少能源消耗和排放的特點，而受到了廣泛關(guān)注。通過引入數(shù)字孿生模型，可以實現(xiàn)對冷庫運行狀態(tài)的精準模擬和預(yù)測，進而實現(xiàn)優(yōu)化控制，達到節(jié)能減排的目的。

3、但當(dāng)前大多數(shù)制冷系統(tǒng)在實際應(yīng)用中并未配備流量測量裝置，這導(dǎo)致了一個關(guān)鍵問題：缺少節(jié)能控制的關(guān)鍵參數(shù)——制冷劑質(zhì)量流量。而優(yōu)化控制系統(tǒng)在運行過程中，需要準確計算制冷劑質(zhì)量流量，以此為基礎(chǔ)來評估壓縮機的工作狀態(tài)，并確定蒸發(fā)器與冷凝器的換熱情況。因此，如何準確計算制冷量，進而為冷庫構(gòu)建有效的數(shù)字孿生模型，以實現(xiàn)優(yōu)化控制和節(jié)能目標，成為了當(dāng)前亟待解決的技術(shù)難題。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、針對上述現(xiàn)有技術(shù)中的問題，本發(fā)明提供了一種基于虛擬冷量的制冷系統(tǒng)優(yōu)化控制方法，解決冷庫等冷量數(shù)據(jù)缺失場景下的制冷系統(tǒng)優(yōu)化控制方法無法實施的難題。

2、本發(fā)明解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案如下：

3、本發(fā)明提供了一種基于虛擬冷量的制冷系統(tǒng)優(yōu)化控制方法，包括以下步驟：

4、步驟100：采集制冷系統(tǒng)的現(xiàn)場歷史數(shù)據(jù)，并對所采集的現(xiàn)場歷史數(shù)據(jù)進行預(yù)處理，其中，所述現(xiàn)場歷史數(shù)據(jù)包括天氣參數(shù)和運行參數(shù)；

5、步驟200：基于制冷系統(tǒng)的組成建立部件機理模型，所述部件機理模型包括蒸發(fā)器機理模型、壓縮機機理模型、冷凝器機理模型、節(jié)流閥模型，基于質(zhì)量守恒定律串聯(lián)所有的部件機理模型，形成制冷系統(tǒng)模型；通過迭代計算，得到正確的壓縮機進口制冷劑質(zhì)量流量，并計算壓縮機功率；將計算出的壓縮機功率與理論功率進行比較，優(yōu)化待定系數(shù)；

6、步驟300：結(jié)合制冷系統(tǒng)模型和粒子群優(yōu)化算法，計算給定虛擬冷量和天氣參數(shù)下的最優(yōu)運行控制參數(shù)，使制冷系統(tǒng)能耗最小；

7、步驟400：再次執(zhí)行步驟100，采用新生成的訓(xùn)練樣本在制冷系統(tǒng)機理模型中計算模型誤差，當(dāng)制冷系統(tǒng)模型誤差大于預(yù)設(shè)閾值時，重復(fù)上述步驟200～步驟400。

8、進一步地，所述壓縮機機理模型為半經(jīng)驗熱力學(xué)模型，其計算過程包括吸氣節(jié)流計算過程、泄漏絕熱混合計算過程、吸氣定壓加熱計算過程、多方壓縮過程、排氣定壓冷卻計算過程及排氣節(jié)流計算過程；通過迭代計算，求解壓縮機內(nèi)部的待定系數(shù)和質(zhì)量流量。

9、進一步地，所述冷凝器機理模型包括：將冷凝器換熱過程分成多個微元，每個微元的換熱量通過換熱系數(shù)、制冷劑溫度計算得出；通過冷凝器換熱量，計算出冷凝器出口的制冷劑焓值。

10、進一步地，所述節(jié)流閥機理模型：節(jié)流閥前后進出口制冷劑焓值相等，所述節(jié)流閥前進口制冷劑焓值為冷凝器出口制冷劑焓值，所述節(jié)流閥后出口制冷劑焓值為蒸發(fā)器進口制冷劑焓值。

11、進一步地，所述蒸發(fā)器機理模型：將蒸發(fā)器分成多個微元，通過相應(yīng)的換熱系數(shù)和溫度計算得出每個微元的換熱量；并通過蒸發(fā)器換熱量計算出蒸發(fā)器出口制冷劑焓值。

12、進一步地，通過蒸發(fā)器出口制冷劑焓值與壓縮機進口制冷劑焓值的迭代計算，得到正確的壓縮機進口制冷劑質(zhì)量流量；結(jié)合壓縮機模型，計算出壓縮機的實際功率，并與理論功率進行比較，通過遺傳算法優(yōu)化待定系數(shù)。

13、進一步地，所述吸氣節(jié)流計算過程簡化為等熵噴嘴過程：

14、

15、上式中，h1表示經(jīng)過吸氣節(jié)流后的制冷劑比焓；h0表示壓縮機進口比焓；表示壓縮機的輸氣質(zhì)量流量；d1表示經(jīng)過吸氣節(jié)流后的制冷劑密度；asu表示吸氣節(jié)流面積；

16、所述泄漏絕熱混合計算過程為泄漏質(zhì)量流量與吸入質(zhì)量的混合過程，混合后的制冷劑比焓計算如下：

17、

18、上式中，表示壓縮機泄漏質(zhì)量流量；表示實際進入轉(zhuǎn)子壓縮腔的制冷劑質(zhì)量流量；hleak,in表示壓縮機泄漏通道入口處制冷劑比焓；h2表示絕熱混合后制冷劑的比焓；

19、所述吸氣定壓加熱計算過程：吸入氣體會受機殼殼體加熱，制冷劑溫度升高，焓值增加，通過假設(shè)，最后通過能量守恒定律迭代得知：

20、

21、上式中，q23表示吸氣預(yù)熱換熱量；ausuc表示吸氣換熱系數(shù)，tw表示機殼平均溫度；t2表示吸氣側(cè)制冷劑溫度；cp2表示吸氣側(cè)制冷劑比定壓熱容；h3表示吸氣預(yù)熱后制冷劑的比焓；

22、所述壓縮過程分為多方壓縮過程與強制排氣過程：

23、

24、p4＝p3·bvrα；

25、上式中，bvr表示壓縮機內(nèi)容積比；α表示多方指數(shù)；v4表示內(nèi)壓縮結(jié)束后的制冷劑比體積；v3表示內(nèi)壓縮開始前的制冷劑比體積；p4表示內(nèi)壓縮終了壓力；p3表示經(jīng)過吸氣節(jié)流后的制冷劑壓力；

26、所述排氣定壓冷卻計算過程與排氣節(jié)流計算過程與吸氣過程相似。雙螺桿壓縮機的泄漏量，由連接吸排氣的虛擬通徑評估：

27、

28、上式中，表示壓縮機泄漏量；dleak表示泄漏通道入口處制冷劑密度；aleak表示壓縮機泄漏面積；hleak,in表示泄漏通道入口處制冷劑比焓；hleak,out表示泄漏通道出口處制冷劑比焓；

29、實際輸氣質(zhì)量流量：

30、

31、該模型通過壓縮機吸排氣側(cè)工作條件來計算經(jīng)過壓縮機的輸入功率、質(zhì)量流量以及制冷劑出口溫度：

32、

33、其中，t7表示制冷劑出口溫度；f(n,load,pevp,tevp,pcon)表示壓縮機模型的輸入?yún)?shù)組；n表示壓縮機轉(zhuǎn)速，load表示載位；pevp表示吸氣側(cè)蒸發(fā)壓力，tevp表示吸氣側(cè)蒸發(fā)溫度，pcon表示排氣側(cè)冷凝壓力。

34、進一步地，所述冷凝器機理模型，把換熱過程分成n段，每段換熱量qcon為：

35、

36、其中，kcon,i表示每段微元平均換熱系數(shù)，tcon,i表示每段微元制冷劑平均溫度，tsr,i表示每段微元風(fēng)平均溫度；

37、通過換熱量計算出冷凝器出口制冷劑焓值h3，其中，h2表示壓縮機出口制冷劑焓值，通過壓縮機模型計算：

38、

39、上式中，表示壓縮機的制冷劑質(zhì)量流量。

40、進一步地，所述蒸發(fā)器機理模型，把換熱過程分成n段，每段換熱量qevp為：

41、

42、其中，kevp,i表示每段微元平均換熱系數(shù)，tevp,i表示每段微元制冷劑平均溫度，tsr,i表示每段微元冷水平均溫度；d表示換熱管管徑；l表示換熱管管長；

43、通過蒸發(fā)器換熱量計算出蒸發(fā)器出口焓h1'：

44、

45、上式中，表示壓縮機輸氣制冷劑質(zhì)量流量。

46、進一步地，通過計算蒸發(fā)器出口制冷劑焓值與壓縮機進口制冷劑焓值來迭代正確的壓縮機進口制冷劑質(zhì)量流量通過壓縮機模型計算壓縮機功率：

47、

48、ploss,1＝atl,1·pi；

49、ploss,2＝atl,2·μ·vsw·ω2；

50、ploss,3＝atl,3·mloss·δhloss；

51、pcom＝pi+ploss,1+ploss,2+ploss,3；

52、其中，pi表示壓縮機內(nèi)壓縮功率；ploss,1表示壓縮機工作過程中的扭矩損失；ploss,2表示壓縮機工作過程中的粘性損失；ploss,3表示部分負荷工作過程中的額外功率損失；pcom表示壓縮機的總輸入功率；wi表示內(nèi)壓縮功，由多方壓縮過程計算；atl,1表示扭矩摩擦損失系數(shù)；atl,2表示粘性摩擦損失系數(shù)，μ表示潤滑油粘度，ω表示壓縮機轉(zhuǎn)速；atl,3表示部分負荷損失系數(shù)，mloss表示部分負荷工作過程中被旁通的制冷劑質(zhì)量流量；δhloss表示部分負荷工作過程中被旁通制冷劑的理論焓損失；計算與實際功率差值，通過遺傳算法和現(xiàn)場數(shù)據(jù)來確定待測系數(shù)，包括泄漏面積aleak，進出口節(jié)流面積，進出口換熱系數(shù)，損失系數(shù)atl,1、atl,2、atl,3，m為數(shù)據(jù)樣本量：

53、

54、其中，err表示壓縮機功率與實際功率差值，pcom,i表示壓縮機計算功率，preal,i表示實際功率。

55、進一步地，所述步驟300中，通過粒子群優(yōu)化算法，通過給定蒸發(fā)壓力pevp，壓縮機進口溫度t0，載冷劑進口溫度tsp，通過調(diào)整壓縮機轉(zhuǎn)速n與載位load，得出在某一冷凝溫度tcon下，系統(tǒng)最小的功耗p：

56、[p,n,load,tcon]＝f(pevp,t0,tsp)。

57、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下技術(shù)效果：

58、本發(fā)明的控制方法，應(yīng)用于未配備測量流量裝置的制冷系統(tǒng)當(dāng)中，基于半經(jīng)驗?zāi)Ｐ拖禂?shù)校正法，計算流經(jīng)壓縮機的質(zhì)量流量，從而為制冷系統(tǒng)建模，解決了冷量數(shù)據(jù)缺失場景下的制冷系統(tǒng)優(yōu)化控制方法無法實施的難題。