数据模型的能耗优化控制平台方案

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数据模型的
能耗优化控制平台
Data-model-based Energy Optimization and diagnositic management Platform
• 建筑能耗现状
节能环保的理念日益得到全社会的认同,建筑能耗的节能空间不断被发掘
空调系统20%的 节能就可以为整 •建筑能耗目前已经占到整个社会活动总能 个社会减少7% 的能耗 耗的30%左右 节能 其他能耗 空调能耗
冷冻水泵
冷却水泵
根据系统排热量,综合考虑系统效率,基于水泵和 系统能耗效模型,优化水泵台数和频率,调配流量 与温差。全工况下高效节能运行。
传统的PID控制,简单的辅机和主机联控。例 如,根据回水温度调节水泵频率,不具备整体 性优化,控制精度差。
冷却风机
根据室外干湿球温度、系统排热量,兼顾冷水主机 效率,合理进行频率调节,实时优化出塔水温。
以提高冷冻机房的整体能效为目标(包括冷水机 设备均由单独的控制进行控制,无法考虑机房整 组+冷冻泵+冷却泵+冷却塔),综合考虑了各设备 体的运行节能。 之间的相互影响。 基于系统行为的全局优化控制,根据具体项目定 制专用能耗模型,并可实现动态自修正模型。在 不同的室外状况以及系统负荷下,利用能耗模型 实时寻找机房的最佳效率点,实现全局主动式控 制。 集成了节能优化、诊断、远程管理等众多功能, 实时采集运行数据及优化系统运行,可以根据项 目特点快速进行功能扩展。 可接入(扩展至)多种形式(如免费供冷,水蓄 冷、冰蓄冷、地源热泵等)的冷冻机房系统,并 进行多系统之间的联合寻优控制,获得更大的节 能空间。 冷水机组、冷冻泵、冷却泵、和冷却塔各自形成 独立的闭环控制,实现简单的变频和加减机控制。 利用传统PID控制,属于被动式反馈控制。根据 固化的经验控制模式,不具备整体性优化,控制 精度差。
实际运行数据、校正模拟及行为优化为 诊断提供了准确信息
• 节能优化控制原理-以冷水机房为例
输入
温度
输出
冷水机组 模型 冷却水泵 模型
冷水机组
1
•冷冻水进/出水 •冷却水进/出水
1
动态辨识及 优化算法 冷冻水泵 模型 冷却塔性能及 管网水力模型
•冷冻水出水温度设定 •运行台数
冷冻水泵
流量
2
2
•冷冻水 •冷却水
•运行台数 •转速
读取运 行参数
冷却水泵
转速
3
在线修正
•运行台数 •转速
3
•冷冻水泵 •冷却水泵 •冷却塔风扇
实施最 优控制
最低机房 输入功率
冷却塔
4
实时优化 仿真
•风扇 •冷却水温度设定
工况
4
•冷水机组 •冷冻水管路压差 •室外温度
5
冷冻水旁通流量 11
• 空调系统整体能耗优化
协调控制风侧和水侧运行 动态匹配系统需求和冷热源供给 集成系统诊断、负荷预测、需求响应


显示冷机、冷冻水泵、冷却水泵、冷却塔、冷机阀门的运行状态、流量、冷却水供回水温度、 冷冻水供回水温度等参数
显示冷冻机房的累计用电量以及分项能耗情况。
• 控制系统功能——控制与优化功能
实现冷冻机房综合能耗最低; 冷水机组台数控制; 冷水机组冷冻水供水温度重置; 冷冻水泵变频控制; 冷冻水泵台数控制;
控制原理
可扩展性
必须另外配置并且无法实现多系统联合寻优。
可靠性 安装设备
工业等级的PLC控制器,确保可靠性高,抗干扰能 缺少应对复杂电磁干扰环境的能力,抗干扰弱, 力强,适用于各种环境恶劣的控制场合。 环境变化会对系统稳定性产生影响。 工业等级PLC控制器,变频柜,知名品牌高精度的 DDC控制器或单片机控制器,变频柜,常规温度、 流量、温度、压力传感器。 压力传感器。
设备是否运行,频率、功率参数清晰可见,主机的 各参数(温度、电流百分比亦可通过控制系统读到.
• 控制系统界面展示-能耗统计
为各主要设备配置了智能电表,便捷准确的 查看各设备累计用电情况
• 控制系统功能——监视功能

界面显示当前室外干湿球温度、系统的基本运行状况、冷冻机房实时的运行能效、运行模式、 优化提示和系统报警
10
200
-22.79 -18.08 -15.72 -13.36 -8.646 -6.288 -1.572 0.7855 3.143 5.501 7.859 10.22 12.57 -20.43 -3.93 -11
0
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
1800
2000
14.93
信息收集
项目信息收集
原控制情况调研
方案设计
系统诊断 建模定制仿真
方案细化
相关技术问题交流
方案细化及施工方案
节能合同
合作模式确认
项目实施
方案二次细化 安装和调试
运行管理
项目验收
收益分享
商务洽谈
机房现场勘验
制定节能方案
相关案例参观交流
合同签订
1-2周
客户培训
1周
1-2周
1-2周
2-3月
• 节能量测量与验证——相似日比较法
在线实时优化
• 控制系统界面展示-主界面
控制系统实时状态 控制系统实时状态
机房运行能耗的实时统计
机房运行参数的实时曲线
项目节能效果展示
• 控制系统界面展示-报表界面
完善的能源报表统计功能,对在指定时间 段的能耗和输出冷量进行统计与分析
• 控制系统界面展示-总览图
依照机房设备实际位置与管路关系建立的3D总 览图,可清晰的了解当前运行状况与设备故障
• DOMITM控制系统界面展示-系统图
控制界面上各设备运行功率、水泵频率、运 行状态及系统温度、流量、压力等一目了然
• 操作软件-机房系统设备COP
• 操作软件-能耗管理模块
具有独立的用电量计量界面用,用户可以监测到所有用电设备
的实时功率以及累积耗电量,并提供历史查询功能。 21
• 控制系统界面展示-设备界面图
需求分析 效率评估 传感器故障诊断 优化控制性能评估
• 空调系统整体优化和性能诊断
实时运行数据 天气 人流 诊断内容 • • • • • • 设备运行负载偏差率 设备运行效率评估 系统能量完善度 系统运行参数匹配评估 系统运行特性偏差率 系统能效评估等
照明和办公设备用能情况
运行诊断 校正能耗模拟和系 统行为算法
冷却水泵根据冷却水温差单独控制
冷冻水泵根据负荷侧压差变频
冷机根据负荷启停
• 基于数据模型的能耗优化平台-针对冷冻机房
基于数据模型的节能控制系统是以中央计算机和工业可编程控制器(PLC)为硬件核心以节能优化 算法为软件核心、以传感器为监测、以温度流量控制为手段的群控系统解决方案。
• 基于数据模型的能耗优化平台概述
• 能耗优化控制系统功能——能效管理功能
冷冻机房综合能耗自动记录及计算;
独立的用电量计量界面;
实时功率以及累积耗电量; 历史查询功能;
各设备运行状态显示及历史数据趋势分析; 各设备运行时间累计及轮换控制;
自动生成各种能耗报表。
• 项目实施流程
针对节能改造项目的特点,从信息采集、方案制定、工程 实施,整个过程都制定了符合客户要求的详细流程,并根 据项目特点和需求量身定制了符合最优化的节能产品组合 ,帮助在项目实施过程中实现收益的最大化。
30%
•而在整个建筑能耗中,中央空调能耗占到 了约40%~50%
基准
55%
•中央空调冷热源消耗了其中的
30%~35% ,空调末端消耗了 10~15% 0 10 20 30 40
社会总能耗百分比 (%)
15%
• 建筑系统能耗分析-各子系统互相关联
kWh/m3· a
暖通空调能耗
节能潜力最大的部分
• • 冷热源机房(空调、供暖) 末端设备(空调、供暖、通风)
90 80
1000 DataLeabharlann BaiduScale
1200
1400
1600
1800
2000
80
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
1800
2000
行为特性算法预测偏差分布
70
1200 1000
样本数量
800 600
辨识样本 验证数据 50 测试数据 40 零误差线
30
60
20
400
智能行为特性算法
面向建筑楼宇,特别是暖通空调系统,提供包括节能优化控制、能耗监测及计量、系统整 体诊断、远程监测诊断及调试等一系列专业的节能服务方案
性能仿真 技术优势:
• 面向整体空调系统(水侧+ 风测) • 基于物理规律进行系统建模
智能 引擎
数据分析及诊断
• 专业全面的冷机性能预测
• 动态辨识与修正算法
• 可实现8760小时系统仿真
17.29
19.65
冷冻水泵能耗预测偏差( kW)
22.01
0
误差分布和实时预测
• 动态自修正模型
各种设备特性 主机设备特性
水泵设备特性 冷却塔设备特性
动态辨识及优化算法
预设设备参数
实时数据
历史数据
• 空调系统整体优化和性能诊断数据流
能耗模拟模型 动态辨识及优化算法
1 0.9
空调末端行为特性
0.8
2.5
2
1.5
设备运行异常诊断
Time Series
1
0.5
0
• 智能算法与空调系统智能化控制
4 180 3.5 170
160 3 150 2.5
140
Time Series
2
130
1.5
120
110 1 100 0.5
90
0
200
400
600
800
信号分析和数据处理
多泵组行为特性辨识--实时水泵功率
冷冻机房
输配管网
空调末端
• 空调系统整体能耗优化-控制原理
• 系统硬件分层
系统层
服务器
工作站
寻优软件
交换机
控制层
PLC控制器
I/O远程站
设备层
电能表
压差传 感器
温湿度 传感器
流量计
温度传 感器
水阀 执行器
风阀 执行器
智能控 制柜
• 系统节能优化实施方案
8760小时 逐时仿真
维护及服务
专业的方案 分析和服务
实时监测及计量
优化策略及控制
• 平台核心-基于数据的智能模式识别算法
楼宇管理系统 DOMI大数据管理平台
信号采集
智能控制
专家系统算法
设备特性辨识
DOMI 算 法 库
模式识别算法
200 400 600 800 1000 Data Scale 1200 1400 1600 1800 2000
4
3.5
3
冷却水泵变频控制;
冷却水泵台数控制;
冷却塔台数控制; 冷却风机变频控制; 冷却水温度重置;
• 能耗优化控制系统功能——报警与保护功能
冷水机组智能化喘振保护; 系统智能故障诊断; 冷机排热量保护; 水泵防水锤开机曲线保护; 冷机低流量保护。
最小压差保护 管网水压过高保护; 冷机冷冻水温度过低保护; 冷机冷却水温度过高保护。
0.7
Efficiency
0.6
0.5
0.4 0.3 0.2
0.1
0
0
0.5
1
1.5 Air-To-Water
2
2.5
3
冷机行为特性
数据运行和 性能诊断平台
动力系统诊断模块
需求分析 效率评估 优化控制性能评估
水泵及管路行为特性 空调系统诊断模块
需求分析 效率评估 传感器故障诊断 优化控制性能评估
照明系统诊断末端
参数
运行控制方法 气象条件
基准测试日
原有控制方法
优化日
DOMI节能优化控制系统控制
1)与基准测试日的最高室外温度相差≤2℃; 根据以往气象,由双 方共同协商选定1 天作 2)与基准测试日的最低室外温度相差≤2℃; 为基准测试日 3)与基准测试日的平均室外温度相差 ≤1.5℃; 冷机的正常运行时间 冷机的运行时间与测试日相同 EDOMI
照明能耗
室内设备系统能耗
电梯系统能耗
政府办公楼 甲级写字楼 酒店 商场
暖通空调
饮用热水系统能耗 0 50 100 150 200 250
热水
照明
各子系统间相互关联、影响
建筑系统能耗的优化需基于大量数据的分析
整体来看节能空间更大,需要考 虑的优化参数也更多
• 传统的冷冻机房群控
传统冷冻机房群控特点: • 中央控制站监视设备运行,无法实时协调系统运行; • 设备均由单独的控制进行控制,无法考虑机房整体的运行节能
风机手动启停,频率根据设定的出塔温度这条 街频率,无针对性精确控制,不具备整体性优 化。
全站监控
冷冻机房全站设备的运行状态和运行效率监控及记 录,显示各设备能效比,完善的故障报警和能耗诊 断功能,科学的需求分析与效率评估。
设备运行状态显示
• 与常规节能控制系统的区别
DOMI
节能目标
常规节能控制系统
运行条件
当日冷冻机房能耗 Ebaseline (kWh)
当月机房整体节能率为R,R=(Ebaseline-EDOMI)/Ebaseline ×100%
• 节能控制系统与常规节能控制系统的区别
DOMI 常规节能控制系统
冷水主机
自动适应负荷的变化以进行机组调配,结合天气和 舒适度(或工艺)需求调节供水温度,使主机运行 在高效区。 不做冷机优化控制,仅具冷机监视功能。 智能负荷预测算法,防止暂态过程引起频繁加减机。 有效的冷水机组智能喘振保护。 根据系统末端负荷,确保最不利端压差,基于水泵 和系统能耗模型,综合考虑输配效率和冷机效率, 优化水泵台数和频率。 独立的闭环控制,简单的辅机和主机联控。例 如,根据供回水压差调节水泵频率,不具备整 体性优化,控制精度差。
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