肖立軍，萬新宇

(廣東電網(wǎng)公司 珠海供電局，廣東 珠海 519000)

變電站二次設(shè)備室普遍采用空調(diào)制冷+機(jī)械通風(fēng)方式來控制室內(nèi)溫濕度。由于空調(diào)控制系統(tǒng)獨(dú)立運(yùn)行，不具備信息傳輸功能，空調(diào)運(yùn)行參數(shù)和狀態(tài)、室內(nèi)環(huán)境參數(shù)等信息無法共享，對(duì)由單臺(tái)風(fēng)機(jī)、空調(diào)組成的風(fēng)機(jī)空調(diào)群不能進(jìn)行遠(yuǎn)程控制與管理，因此不僅效率低、能效差，而且縮短了空調(diào)使用壽命，增加了空調(diào)維護(hù)工作量。

針對(duì)上述問題，本文提出一種風(fēng)機(jī)空調(diào)群自適應(yīng)控制系統(tǒng)，跟隨室外環(huán)境晝夜、季節(jié)的溫度變化，交替采用機(jī)械通風(fēng)或空調(diào)制冷降溫，充分利用室外新風(fēng)冷源，以實(shí)現(xiàn)空調(diào)設(shè)備的節(jié)能運(yùn)行。

1 自適應(yīng)控制系統(tǒng)概述

自適應(yīng)是改變自己的習(xí)性以適應(yīng)新的環(huán)境。在控制系統(tǒng)的運(yùn)行過程中，系統(tǒng)本身不斷地測(cè)量被控系統(tǒng)的狀態(tài)、性能和參數(shù)，從而“認(rèn)識(shí)”或“掌握”系統(tǒng)當(dāng)前的運(yùn)行指標(biāo)，并與期望的指標(biāo)相比較，進(jìn)而作出決策，來改變控制器的結(jié)構(gòu)、參數(shù)或根據(jù)自適應(yīng)規(guī)律來改變控制作用，以保證系統(tǒng)運(yùn)行在某種意義下的最優(yōu)或次優(yōu)狀態(tài)。

自適應(yīng)控制系統(tǒng)有變?cè)鲆婵刂葡到y(tǒng)、模型參考自適應(yīng)控制系統(tǒng)和自校正控制系統(tǒng)等3種主要形式。當(dāng)參數(shù)因工作情況和環(huán)境等變化而變化時(shí)，變?cè)鲆婵刂葡到y(tǒng)通過測(cè)量到反映系統(tǒng)當(dāng)前狀態(tài)的系統(tǒng)變量，比照對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行的要求(或性能指標(biāo))，經(jīng)過計(jì)算并按規(guī)定的程序來改變調(diào)節(jié)器的增益結(jié)構(gòu)。雖然僅僅是對(duì)增益的變化進(jìn)行自適應(yīng)調(diào)節(jié)，難以完全克服系統(tǒng)模型未知或模型參數(shù)變化帶來的影響以實(shí)現(xiàn)完善的自適應(yīng)控制，但是由于系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，響應(yīng)迅速，在許多實(shí)際系統(tǒng)中得到應(yīng)用[1-3]?？照{(diào)風(fēng)機(jī)群自適應(yīng)控制系統(tǒng)示意圖如圖1所示。

圖1 空調(diào)風(fēng)機(jī)群自適應(yīng)控制系統(tǒng)示意圖

2 自適應(yīng)控制系統(tǒng)構(gòu)成

空調(diào)風(fēng)機(jī)群自適應(yīng)控制系統(tǒng)構(gòu)成圖如圖1所示。空調(diào)風(fēng)機(jī)群自適應(yīng)控制系統(tǒng)主要由中控器和智能插座構(gòu)成。中控器由微處理器及相關(guān)電路構(gòu)成，通過數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)完成對(duì)各智能插座的信號(hào)處理和分析；智能插座采集二次設(shè)備室環(huán)境信息，監(jiān)測(cè)室內(nèi)各區(qū)域的風(fēng)機(jī)、空調(diào)的運(yùn)行狀態(tài)和區(qū)域溫度是否正常，根據(jù)這些信息對(duì)風(fēng)機(jī)、空調(diào)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行調(diào)節(jié)。

圖2 空調(diào)風(fēng)機(jī)群自適應(yīng)控制系統(tǒng)構(gòu)成圖

2.1 空調(diào)智能插座

空調(diào)智能插座可學(xué)習(xí)并存儲(chǔ)空調(diào)原配遙控器中的各種命令，并與中控器通信，以紅外遙控的方式控制空調(diào)的各種操作(如開機(jī)、關(guān)機(jī)、調(diào)節(jié)溫度、調(diào)節(jié)濕度和制冷等)。空調(diào)智能插座硬件系統(tǒng)由MCU模塊、溫濕度模塊、計(jì)量模塊、WIFI模塊、紅外模塊和電源模塊組成，結(jié)構(gòu)框圖如圖3所示。

圖3 空調(diào)智能插座的結(jié)構(gòu)框圖

WIFI模塊完成中控器與智能插座的數(shù)據(jù)交換。WIFI模塊一端通過USART與MCU連接，接收MCU的指令；另一端通過WIFI與其他無線終端或路由器直接連接。通過UART接收MCU發(fā)送的數(shù)據(jù)，發(fā)送給路由器，由路由器轉(zhuǎn)發(fā)給中控器。

紅外模塊具備學(xué)習(xí)功能和發(fā)射功能。通過紅外接收器，學(xué)習(xí)特定空調(diào)機(jī)型的紅外編碼方式，并且存儲(chǔ)到紅外模塊的ROM中；發(fā)射功能通過廣角紅外發(fā)射器，根據(jù)不同的控制命令，從ROM中讀取到該指令的編碼。

2.2 風(fēng)機(jī)智能插座

風(fēng)機(jī)智能插座硬件系統(tǒng)由MCU模塊、溫濕度模塊、計(jì)量模塊、WIFI模塊、三相接觸器模塊和電源模塊構(gòu)成，結(jié)構(gòu)框圖如圖4所示。

圖4 風(fēng)機(jī)智能插座的結(jié)構(gòu)框圖

MCU主控器處理各檢測(cè)信號(hào)，通過控制三相接觸器，開起或關(guān)閉風(fēng)機(jī)電源，并且通過WIFI模塊，將溫濕度、用電量、繼電器通斷狀態(tài)和工作時(shí)間等數(shù)據(jù)傳輸給中控器，中控器對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)和分析，達(dá)到智能化控制目的。

電能計(jì)量模塊完成用電量的計(jì)量。該模塊采集智能插座的電量信息，并且發(fā)送給MCU，由MCU進(jìn)一步轉(zhuǎn)發(fā)。

電源模塊先給主控器和電能計(jì)量IC提供5 V電源，再采用DC-DC變換，將5 V轉(zhuǎn)為3.3 V，給WIFI模塊提供3.3 V電源。

3 溫濕度控制策略

在二次設(shè)備室安裝多個(gè)智能插座，采取多點(diǎn)采樣、匯總加權(quán)平均技術(shù)，實(shí)時(shí)監(jiān)控設(shè)備區(qū)域溫度，同時(shí)監(jiān)測(cè)室外溫度。在中控器中，設(shè)置風(fēng)機(jī)、空調(diào)起動(dòng)的室內(nèi)室外溫度上下限，根據(jù)限值實(shí)現(xiàn)新風(fēng)、空調(diào)系統(tǒng)分溫度區(qū)域的交替工作[4-9]，并通過設(shè)置工作延時(shí)的方式，防止空調(diào)系統(tǒng)反復(fù)起動(dòng)。溫濕度控制策略框圖如圖5所示。

在室外空氣溫度低于室內(nèi)溫度、濕度≤75%的前提下，如果室內(nèi)溫度不低于溫度T2(本實(shí)例為27 ℃)，則投入全部風(fēng)機(jī)，引入室外冷風(fēng)降溫；經(jīng)過一段時(shí)間的通風(fēng)散熱，若室內(nèi)溫度下降到

若設(shè)備室內(nèi)溫度上升至T4(本實(shí)例為30 ℃)，則先關(guān)閉風(fēng)機(jī)、再起動(dòng)全部空調(diào)；經(jīng)過一段時(shí)間的空調(diào)制冷，當(dāng)(T3+T2)/2<室內(nèi)溫度

空氣的相對(duì)濕度是空氣含濕量和空氣溫度這2個(gè)變量的函數(shù)，改變空氣溫度可以達(dá)到調(diào)節(jié)相對(duì)濕度的目的[10]。對(duì)于風(fēng)量可以調(diào)節(jié)的設(shè)備室，在濕度超標(biāo)的情況下，減少或關(guān)閉進(jìn)風(fēng)量，將設(shè)備室內(nèi)部空氣流動(dòng)方式改為內(nèi)循環(huán)，依靠電氣設(shè)備自身的發(fā)熱，可在較短時(shí)間內(nèi)通過提高空氣溫度來降低相對(duì)濕度。

圖5 溫濕度控制策略框圖

4 結(jié)語

變電站二次設(shè)備室的降溫普遍使用高耗能的空調(diào)機(jī)，電能消耗很大。風(fēng)機(jī)空調(diào)群自適應(yīng)控制系統(tǒng)節(jié)能效率高，適合對(duì)環(huán)境潔凈度要求比較低的二次設(shè)備室。

合適的群控策略能在節(jié)能的同時(shí)兼顧設(shè)備使用壽命，充分利用天然冷源，減少空調(diào)使用時(shí)間，從而大幅度降低電能消耗，并延長(zhǎng)空調(diào)機(jī)的使用壽命。

[1] 劉幸, 劉瀟. 自適應(yīng)控制系統(tǒng)的發(fā)展與應(yīng)用[J]. 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，2011(7):61-63.

[2] 李雪松, 李穎暉, 李霞, 等. 一種基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的任意模型參考自適應(yīng)控制[J]. 系統(tǒng)工程與電子技術(shù), 2011, 33(1):162-165.

[3] 陽超琴, 張瓊, 夏舉佩. 自適應(yīng)理論在控制工程中的應(yīng)用研究概況[J]. 自動(dòng)化儀表, 2008, 29(5):12-14.

[4] 朱順兵. 建筑自動(dòng)化系統(tǒng)空調(diào)節(jié)能優(yōu)化控制策略分析[J]. 南京工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào), 2006, 28(2):59-62.

[5] 何志華. 中央空調(diào)自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D]. 廣州: 華南理工大學(xué), 2014.

[6] 郭端曉, 劉國(guó)勝, 袁祎. 通信機(jī)房空調(diào)節(jié)能探討[J]. 節(jié)能技術(shù), 2008, 37(4):166-168.

[7] 郭春山. 通信機(jī)房空調(diào)優(yōu)化節(jié)能方案探討[J]. 沿海企業(yè)與科技, 2008(5):52-54.

[8] 李長(zhǎng)云. 利用自然冷源進(jìn)行隔絕換熱的節(jié)能措施[J]. 電信技術(shù), 2008(8):52-53.

[9] 李麗. 通信機(jī)房自適應(yīng)控制空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能降耗溫度控制方法[J]. 物流技術(shù), 2013, 32(9):323-325, 34.

[10] 呂光磊. 恒溫恒濕空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能研究[J]. 鄭州輕工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào): 自然科學(xué)版, 2007, 22(3):132-134.