论文题目：用于铁路站房的非侵入式负荷监测技术与中央空调节能分析
摘要：近年来,我国公共建筑能耗越来越高,铁路站房作为公共建筑重要的一部分,节能研究显得尤为重要,对站房内的设备运行状况进行监测不仅能够为后面的具体节能研究提供数据支撑,同时还能优化站房内部用电方式间接实现节能,目前大多数铁路站房未采用监测技术,少部分采用了侵入式负荷监测技术,即针对系统中的设备单独进行监测,这种方法硬件成本比较高,当负载太多时,数据处理比较困难,因此本文采用非侵入式负荷监测技术进行设备监测,即只需要在电能入口处安装监测装置,采集总的用电信息就可以实现站内设备的监测。根据以往的数据可以看出,中央空调能耗在整个站房建筑中能占到一半以上,中央空调中的水系统能耗占比最大,冷水泵的容量都是按照远期最大负荷量进行设计,而冷水泵仍然使用定频运行控制,能耗巨大,研究其变频运行具有重要意义。本文针对非侵入式负荷监测技术和空调水系统节能进行了综合研究,主要成果如下:在非侵入式负荷监测的研究中,考虑到单一稳态特征分解准确率不高而且实际负荷在运行中的负荷特征可能会随工作状态的变化而变化,将每一个用电设备的基波有功功率和其稳定工作时的工作状态为研究对象,未采用优化算法,应用电流最优匹配方法进行监测。最后通过仿真以及实验验证了这种方法能够准确地获得系统中每一类用电设备的有功功率与其工作状态。在中央空调水系统的研究中,基于国内大部分的站房的空调水系统仍然采用定流量的调节方式,运行中的水泵始终按照设定的工况全速运行,导致能耗巨大的现状,对中央空调水系统中的冷冻水循环系统、冷却水循环系统和冷却塔系统提出了变流量改造方案,同时考虑到车站中央空调水系统的模型难以确定,本文提出模糊控制与PID控制结合的方法,该方法不依赖被控对象确定的数学模型,同时还可以消除干扰。然后通过Simulink仿真分别搭建了两种控制模型,并验证了模糊PID控制相较于常规PID控制效果更好。最后论文比较详细地介绍了该控制系统所涉及的软件与硬件设计,系统控制器选用的是西门子公司的S7-300PLC系列产品,同时利用Step7编程软件将模糊控制算法写入其中。最后结合组态软件Win CC实现半实物实验,验证该方法的有效性。
关键词：非侵入式;负荷特征;中央空调;水系统;变流量
学科专业：电气工程（专业学位）
致谢
摘要
ABSTRACT
1 引言
1.1 研究背景及意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 非侵入式负荷监测技术
1.2.2 空调系统节能技术
1.3 本文主要内容
2 非侵入式负荷监测电流优化匹配方法
2.1 非侵入式负荷监测的基本原理
2.1.1 不同类型负荷的谐波分析
2.1.2 数据特征库分析
2.1.3 理论方法介绍
2.1.4 执行步骤
2.2 仿真建模与方法验证
2.2.1 设备仿真建模
2.2.2 仿真验证
2.3 实验平台验证
2.3.1 测试系统
2.3.2 用电设备电流波形
2.3.3 算例结果与分析
2.4 本章小结
3 中央空调水系统节能分析
3.1 中央空调制冷系统结构及原理
3.1.1 制冷系统的工作原理
3.1.2 中央空调水系统的结构
3.2 中央空调水系统组成和特性分析
3.2.1 中央空调水系统概述
3.2.2 中央空调水系统特性
3.3 中央空调水系统变流量调节原理
3.3.1 变流量系统的基本原理
3.3.2 变流量控制的实现
3.3.3 中央空调水系统变流量的优势
3.4 中央空调水系统变频节能方案
3.4.1 冷冻水泵变频控制方案设计
3.4.2 冷却水泵变频控制方案设计
3.4.3 冷却风机变频控制方案设计
3.5 本章小结
4 基于模糊控制的空调水系统节能仿真研究
4.1 模糊控制理论
4.1.1 模糊控制器的结构
4.1.2 输入量的模糊化
4.1.3 模糊控制规则的建立
4.1.4 输出变量的逆模糊化
4.2 自适应模糊PID控制器
4.2.1 自适应模糊PID控制原理
4.2.2 自适应模糊PID控制器设计
4.3 仿真研究
4.3.1 冷冻水循环系统模型
4.3.2 仿真设计研究
4.4 本章小结
5 中央空调水系统控制系统的设计
5.1 系统整体结构
5.2 系统硬件介绍
5.2.1 PLC控制器的选择
5.2.2 变频器柜
5.3 系统软件设计
5.3.1 基于PLC的模糊PID的程序实现
5.3.2 上位机软件的实现
5.4 变频节能分析
5.5 本章小结
6 总结与展望
6.1 本文总结
6.2 未来展望
参考文献