数据模型的能耗优化控制平台方案

数据模型的能耗优化控制平台Data-model-basedEnergyOptimizationanddiagnositicmanagementPlatform•建筑能耗现状55%15%30%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010203040基准节能社会总能耗百分比（%）其他能耗空调能耗空调系统20%的节能就可以为整个社会减少7%的能耗•建筑能耗目前已经占到整个社会活动总能耗的30%左右•而在整个建筑能耗中，中央空调能耗占到了约40%~50%•中央空调冷热源消耗了其中的30%~35%，空调末端消耗了10~15%暖通空调照明热水•建筑系统能耗分析-各子系统互相关联050100150200250饮用热水系统能耗电梯系统能耗室内设备系统能耗照明能耗暖通空调能耗政府办公楼甲级写字楼酒店商场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）各子系统间相互关联、影响整体来看节能空间更大，需要考虑的优化参数也更多kWh/m3·a建筑系统能耗的优化需基于大量数据的分析•传统的冷冻机房群控冷机根据负荷启停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•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。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•基于数据模型的能耗优化平台概述技术优势：•面向整体空调系统（水侧+风测）•基于物理规律进行系统建模•专业全面的冷机性能预测•动态辨识与修正算法•可实现8760小时系统仿真智能引擎性能仿真实时监测及计量优化策略及控制数据分析及诊断•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20040060080010001200140016001800200000.511.522.533.54DataScaleTimeSeries𝑥𝑚−𝑥𝑚+2−δ𝑥𝑚+!A𝑥𝑚+𝑥𝑚+22−𝑥𝑚+1−δ𝑥𝑚+𝑥𝑚+22B⋯⋯⋯设备特性辨识设备运行异常诊断模式识别算法专家系统算法DOMI算法库信号采集智能控制02004006008001000120014001600180020000102030405060708090多泵组行为特性辨识--实时水泵功率•智能算法与空调系统智能化控制020040060080010001200行为特性算法预测偏差分布样本数量冷冻水泵能耗预测偏差（kW）-22.79-20.43-18.08-15.72-13.36-11-8.646-6.288-3.93-1.5720.78553.1435.5017.85910.2212.5714.9317.2919.6522.01辨识样本验证数据测试数据零误差线20040060080010001200140016001800200000.511.522.533.54DataScaleTimeSeries信号分析和数据处理误差分布和实时预测智能行为特性算法02004006008001000120014001600180020008090100110120130140150160170180•动态自修正模型主机设备特性水泵设备特性冷却塔设备特性各种设备特性预设设备参数实时数据历史数据动态辨识及优化算法•空调系统整体优化和性能诊断数据流00.10.20.30.40.50.60.70.80.9100.511.522.53EfficiencyAir-To-Water动态辨识及优化算法能耗模拟模型空调末端行为特性水泵及管路行为特性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照明系统诊断末端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需求分析效率评估传感器故障诊断优化控制性能评估需求分析效率评估优化控制性能评估•空调系统整体优化和性能诊断校正能耗模拟和系统行为算法实时运行数据天气人流照明和办公设备用能情况实际运行数据、校正模拟及行为优化为诊断提供了准确信息运行诊断诊断内容•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•节能优化控制原理-以冷水机房为例11冷水机组模型冷却水泵模型冷冻水泵模型冷却塔性能及管网水力模型动态辨识及优化算法最低机房输入功率输入1234冷水机组•冷冻水出水温度设定•运行台数冷冻水泵•运行台数•转速冷却水泵•运行台数•转速冷却塔•风扇•冷却水温度设定冷冻水旁通流量输出12345•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、需求响应空调末端输配管网冷冻机房•空调系统整体能耗优化-控制原理•系统硬件分层系统层控制层设备层PLC控制器电能表流量计智能控制柜温度传感器压差传感器温湿度传感器水阀执行器风阀执行器工作站交换机寻优软件I/O远程站服务器•系统节能优化实施方案专业的方案分析和服务维护及服务8760小时逐时仿真在线实时优化•控制系统界面展示-主界面机房运行参数的实时曲线机房运行能耗的实时统计控制系统实时状态项目节能效果展示控制系统实时状态•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21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。•控制系统界面展示-设备界面图设备是否运行，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•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；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。•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。信息收集项目信息收集原控制情况调研机房现场勘验1周方案设计系统诊断建模定制仿真制定节能方案1-2周方案细化相关技术问题交流方案细化及施工方案相关案例参观交流1-2周节能合同合作模式确认商务洽谈合同签订1-2周项目实施方案二次细化安装和调试客户培训2-3月运行管理项目验收收益分享•节能量测量与验证——相似日比较法参数基准测试日优化日运行控制方法原有控制方法DOMI节能优化控制系统控制气象条件根据以往气象，由双方共同协商选定1天作为基准测试日1）与基准测试日的最高室外温度相差≤2℃；2）与基准测试日的最低室外温度相差≤2℃；3）与基准测试日的平均室外温度相差≤1.5℃；运行条件冷机的正常运行时间冷机的运行时间与测试日相同当日冷冻机房能耗（kWh）EbaselineEDOMI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。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。不做冷机优化控制，仅具冷机监视功能。冷冻水泵根据系统末端负荷，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。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。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常规节能控制系统节能目标以提高冷冻机房的整体能效为目标（包括冷水机组+冷冻泵+冷却泵+冷却塔），综合考虑了各设备之间的相互影响。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。控制原理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。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。可扩展性集成了节能优化、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。必须另外配置并且无法实现多系统联合寻优。可靠性工业等级的PLC控制器，确保可靠性高，抗干扰能力强，适用于各种环境恶劣的控制场合。缺少应对复杂电磁干扰环境的能力，抗干扰弱，环境变化会对系统稳定性产生影响。安装设备工业等级PLC控制器，变频柜，知名品牌高精度的流量、温度、压力传感器。DDC控制器或单片机控制器，变频柜，常规温度、压力传感器。•与常规节能控制系统的区别DOMI常规BA系统节能量评估专业模拟软件，软件中的设备模型根据实际设备输入，可根据当地气候状况以及系统负荷进行全年8760小时的计算。可精确计算出机房的耗电及改造前后实际节能效果。按照设计进行控制，无节能量。或者节能量根据经验估算，无切实计算依据。在线诊断可对流量、温度、压力、冷热量等参数进行平衡校核，从而发现系统中的可疑故障。对各项能效异常现象进行在线诊断，如设备运行效率过低、突发性的能耗突变、持续性的损耗等现象。无能耗管理平台能耗管理平台对所监测的用能信息及其它仪表数据进行显示，包括实时数据、历史数