冰蓄冷空调系统的优化调度研究

冰蓄冷空调系统的优化调度研究

王学峰 于洋 孔繁盛

顿汉布什（中国）工业有限公司， 山东烟台 264003

摘要：冰蓄冷技术利用峰谷电价差异节省运行费用，实现电力的“削峰填谷”，然而实际运行中，因为运行策略制定不当难以达到明显降低运行费用的效果。为提高冰蓄冷系统的经济效益，从冰蓄冷控制系统运行策略上进行研究。目前对冰蓄冷空调系统运行策略的研究侧重对调度经济性的研究，但是在实际运行中，除考虑经济性外，还需考虑设备运行的连续性以及系统供冷的可靠性，尤其当电价峰值和平值时段存在相互交叉的情况时，理论的调度结果并未考虑对设备连续运行的影响，难以直接用于指导系统运行。通过对冰蓄冷空调系统运行方案的分析，提出两阶段的优化调度策略，第一阶段通过对系统模型合理简化求出可接受的初解；第二阶段采用调度后处理的手段，对第一阶段的初解进行优化调整，使最终的调度结果符合现场实际的运行需求，并结合工程实例对本方法进行效果验证。

关键词：冰蓄冷；空调系统；优化调度；研究、

1工程实例分析

1.1 工程概况

我国某大型公用建筑制冷站采用冰蓄冷技术，制冷站总装机用量为7 950 RT （1RT=3.517 kW），其中包括800 RT基载主机3台，1 850 RT双工况主机3台。站内设有总设计蓄冷量26 000 RTh的蓄冰装置。该地区的峰谷平时段电价如表1所示。运行时，在电价谷值时段蓄冰实际平均蓄冷量为21 000 RTh，该制冷站在2020年夏季的逐时冷负荷如图2所示。由表1可知，设备可用优化调度的时间长度为16 h，因为在夜间运行时，系统的运行模式为制冰，实际调度时，只需对除夜间以外的平值、峰值时段进行规划调度。进行优化调度时，对调度的边界条件定义为总冰量total Ice 按实际平均蓄冷量 21 000 RTh 考虑，融冰率melt Race 按1考虑，逐时最小融冰量 ice Download 为0，逐时最大融冰量 ice Upload 为5 000 RTh，基载和双工况机组可用数量均为 3 台，单位制冰成本 price Ice 为0.47元/RTh。结合以上边界条件定值，只需要知道逐时负荷 RT load i 就可以对冰蓄冷空调系统运行进行规划。研究挑选2020年中某几日的负荷进行规划分析。

表1 峰谷平时段电价表

图2 2020年夏季逐时冷负荷曲线

1.2 调度结果后处理效果验证

采用调度后处理的方式对混合整型二次规划的结果进行优化调整，以实现设备运行的连续以及对负载的优化。研究中的某日逐时负载如表2所示，直接按照建立的调度模型进行，混合整型二次规划的结果如图3所示，当采用经调度后处理的调度结果如图4所示。

表2 某日逐时负载

由图3和图4可以看出，经调度后处理后，由于平值时段基载机组的负载率提高到满载，减少了双工况机组的负载，甚至将双工况机组的运行时间缩短1 h，可有效提升系统运行的整体效率，同时减少双工况机组辅助设备如水泵、冷却塔的运行时间，运行经济性明显提升。将双工况机组的启动时间由11：00后移至14：00，确保当实际负荷偏小时可以延迟双工况机组的开机时间，确保蓄冰充分利用。如果实际负荷大于调度计划负荷时，也可以通过提升峰值时段的基载机组的负载弥补冰量的不足。调度后处理可以结合现场运行经验对调度结果进行修正，确保运行安全的同时有效提升系统运行的经济性。

图3 混合整型二次规划结果

图4 经调度后处理的调度结果

1.3 COP 对调度结果的影响

建立调度模型时，对空调机组的能效比 COP 进行简化处理，将能效比固定为设备名义工况下的能效比，分别为 calc COP_b 和 calc COP_d 。根据空调机组运行特性可知，双工况机组的能效比低于基载机组，在相同时刻应优先运行基载机组。但是峰谷电价存在差异，比较平值时段运行双工况机组与在峰值时段运行基载机组，需要对单位制冷成本进行核算后才能决定。当峰谷电价已经明确后，影响运行策略的因素由基载机组和双工况机组能效比之间的差距大小决定。以该制冷站2020年某日的逐时负载为例，当基载机组和双工况机组能效比差距较大时，调度结果如图5所示，当基载机组和双工况机组能效比差距较小时，调度结果如图6所示。

由图5和图6可以看出，当 COP 偏差较大时，调度结果优先选择峰值时段启动基载机组；当 COP 偏差较小时，调度结果优先选择平值时段启动双工况机组。结果表明，调度模型中名义工况能效比的选择对调度策略有较大影响，在现场实际运用时，可以根据运行经验对该参数进行调整，实现基载优先或者双工况优先的选择。对于本站而言，电价峰值与平值的差值约46%，但双工况机组与基载机组的能效比差值大于 46%，所以优先选择基载。

图6 COP 偏差较小时的调度结果

1.4 典型工况调度结果分析

当逐时负荷 RT load i 发生变化时，调度结果也随之变化。按照负荷程度低、中、高挑选2020年中较典型的几日进行调度计算，检验本调度策略的合理性。典型负荷日的逐时负荷如表3所示，调度结果如图7所示。

表3 典型工况逐时负载

图7 典型工况日调度结果

低负荷工况下只需在平值时段启动基载机组，其余负载由融冰承担；中负荷工况下，先将平值时段基载机组满负载运行，同时还需要在峰值时段启动基载机组；高负荷工况下，先将平值时段基载机组满负载运行，并优先在峰值时段开基载机组，仍不足的负载需要在平值时段开双工况机组，调度后处理负载优先用于抵消最后峰值时段的负载，确保当实际负荷高于调度负荷时，峰值时段还存在加载空间，确保系统的稳定运行。从典型工况日的调度结果看，优化的调度结果符合运行习惯，目前本调度方法已在该制冷站投入使用，运行效果良好。

2结语

冰蓄冷空调系统可利用峰谷电价差异减少系统用电费用，实现削峰填谷。如果运行策略制定不当，难以达到明显降低运行费用的效果，不能充分发挥冰蓄冷空调系统节省运行费用的优势。研究提出一种冰蓄冷空调系统的优化调度方法，采用两阶段的优化调度策略。工程实例分析结果表明，采用优化调度策略可实现降低系统当日整体运行费用，满足各时段负荷需求，减少设备启停次数，避免设备频繁启停导致系统波动，尤其是调度后处理的引入，适应不同现场的定制化运行需求，具有较强的泛化能力和可操作性。

参考文献

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