一種冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)測試平臺及測試方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)仿真領(lǐng)域，尤其涉及一種基于TRNSYS的冷熱電聯(lián)供 系統(tǒng)的測試系統(tǒng)及測試方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 環(huán)境和能源問題是當(dāng)今世界面臨的重大問題，亟待解決。隨著可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略大 力推進和人們節(jié)能環(huán)保意識的不斷增強，冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)逐漸成為改善環(huán)境質(zhì)量和提高能 源利用率的有效措施之一。冷熱電聯(lián)供是一種建立在能量梯級利用概念的基礎(chǔ)上，將制冷、 制熱（供暖和供熱水）及發(fā)電集成的能源供給系統(tǒng)。冷熱電聯(lián)供對不同品質(zhì)的能量進行梯 級利用，較高品位的能量用于發(fā)電，較低品味的熱能則用于制冷或制熱，最大限度的提高能 源利用率，同時可彌補大電網(wǎng)在安全穩(wěn)定性方面的不足，對其發(fā)展意義重大。
[0003] 控制系統(tǒng)及其控制策略是分布式冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)運行機制的核心指令系統(tǒng)，發(fā)出 整個系統(tǒng)的工況指令、各設(shè)備的動作指令、監(jiān)控各個設(shè)備的運行狀態(tài)等等。不僅是系統(tǒng)安 全、正常運行的基礎(chǔ)和保障，而且對提高整個系統(tǒng)效率、降低能源消耗等方面尤為關(guān)鍵。在 研發(fā)過程中，為控制系統(tǒng)提供一個接近真實的被控對象，對其功能進行測試至關(guān)重要。但是 冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)非常復(fù)雜，涉及電氣、控制、熱工多個領(lǐng)域，設(shè)備繁多，控制參數(shù)眾多，控制 系統(tǒng)的現(xiàn)場調(diào)試受到了極大的限制。在設(shè)計過程中由于被控對象不完備，無法進行實物測 試，對控制系統(tǒng)的調(diào)試依賴以下兩種方式：
[0004] 一種方式是憑經(jīng)驗進行簡單的測試，在冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)搭建完成后再進行控制系 統(tǒng)實物測試。這種方法對于控制策略非常簡單的系統(tǒng)勉強可行，易造成聯(lián)供系統(tǒng)實際運行 中利用率的下降和能源的浪費。同時，有時需要多臺設(shè)備聯(lián)合調(diào)試，實驗現(xiàn)場根本滿足不了 要求，嚴(yán)重阻礙了新控制策略的開發(fā)進度。
[0005] 另一種方式是通過大量的計算及軟件仿真測試，仿真的控制系統(tǒng)與實際應(yīng)用的控 制系統(tǒng)差距較大，控制效果也與實際的控制系統(tǒng)有較大差異。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 為解決現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明公開了一種冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)測試平臺及測試 方法，本申請能夠廣泛用于不同冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)控制策略的驗證，確?？刂葡到y(tǒng)在實際應(yīng) 用的可靠性，提高控制系統(tǒng)的測試效率，縮短控制系統(tǒng)的開發(fā)周期，從而保證冷熱電聯(lián)供控 制系統(tǒng)開發(fā)的順利進行。本申請中TransientSystemSimulationProgram軟件簡稱為 TRNSYS軟件。
[0007] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的具體方案如下：
[0008] 一種冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)測試平臺，包括冷熱電聯(lián)產(chǎn)仿真系統(tǒng)、可編程信號采集轉(zhuǎn)換 系統(tǒng)及控制系統(tǒng)；
[0009] 所述冷熱電聯(lián)產(chǎn)仿真系統(tǒng)，用于在PC機中搭建冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)的虛擬的被控對 象；
[0010] 所述可編程信號采集轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，用于將冷熱電聯(lián)產(chǎn)仿真系統(tǒng)與控制系統(tǒng)進行通 信，根據(jù)控制系統(tǒng)的控制信號對其進行模數(shù)轉(zhuǎn)換和信號處理傳送至冷熱電聯(lián)產(chǎn)仿真系統(tǒng)， 同時將冷熱電聯(lián)供仿真系統(tǒng)的反饋信號通過通訊接口反饋至控制系統(tǒng)；
[0011] 所述控制系統(tǒng)，用于根據(jù)冷熱電聯(lián)產(chǎn)仿真系統(tǒng)的被控對象，發(fā)送控制命令。
[0012] 所述冷熱電聯(lián)產(chǎn)仿真系統(tǒng)包括系統(tǒng)仿真模塊、逐時負荷模塊、輸入接口模塊和輸 出接口模塊，所述系統(tǒng)仿真模炔基于瞬時系統(tǒng)模擬TRNSYS軟件，搭建冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)；
[0013] 所述逐時負荷模塊，用于模擬用戶負荷；
[0014] 所述輸入接口模塊，通過讀入可編程信號采集轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的控制信號，以模塊輸出 的形式控制冷熱電聯(lián)產(chǎn)仿真系統(tǒng)的各個設(shè)備的運行，冷熱電聯(lián)產(chǎn)仿真系統(tǒng)的輸出信號則由 輸出接口模塊以信號輸出的形式將信號寫入可編程信號采集轉(zhuǎn)換系統(tǒng)。
[0015] 所述用戶負荷的負荷數(shù)據(jù)既可以是真實的用戶歷史負荷數(shù)據(jù)，也可以是 Energyplus或者Trnbuild軟件仿真數(shù)據(jù)。
[0016] 所述可編程信號采集轉(zhuǎn)換系統(tǒng)包括FPGA主控模塊、信號采集模塊、信號轉(zhuǎn)換電路 及信號處理電路，信號采集模塊將采集的模擬量傳送至與模擬量對應(yīng)的信號轉(zhuǎn)換電路，信 號轉(zhuǎn)換電路對模擬量進行轉(zhuǎn)換后傳送至信號處理電路，信號處理電路與FPGA主控模塊相 連；
[0017] 信號采集模塊將采集的數(shù)字量傳送至與數(shù)字量對應(yīng)的信號轉(zhuǎn)換電路，信號轉(zhuǎn)換電 路與FPGA主控模塊相連。
[0018] 所述與模擬量對應(yīng)的信號轉(zhuǎn)換電路采用的是隔離變壓電路，包括雙通道運算放大 器OP297。
[0019] 所述與數(shù)字量對應(yīng)的信號轉(zhuǎn)換電路采用的是光耦隔離電路，包括光耦隔離器 TLP521。
[0020] 所述信號處理電路為KinetisK60控制器，對采集的模擬量信號進行AD轉(zhuǎn)換與數(shù) 據(jù)處理，再經(jīng)SPI接口將采集數(shù)據(jù)傳輸至FPGA主控模塊。
[0021] 所述冷熱電聯(lián)供控制系統(tǒng)測試平臺，采用仿真步長協(xié)調(diào)技術(shù)，通過輸入接口和輸 出接口獲取冷熱電聯(lián)供仿真系統(tǒng)運算一次模擬步長的實際時間，將其賦給控制系統(tǒng)作為采 樣時間。在一個步長中，仿真系統(tǒng)運行一次現(xiàn)場控制系統(tǒng)也運行一次。近似理想的模擬了 控制系統(tǒng)的實際狀態(tài)，仿真計算機與控制系統(tǒng)計算同步，保證了仿真精度。步長協(xié)調(diào)意思就 是把控制器的控制周期和電腦軟件仿真的運算周期相匹配，近似模擬實時仿真。步長只是 軟件上設(shè)定步長的時間。
[0022] 一種應(yīng)用于冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)測試平臺的測試方法，包括以下步驟：
[0023] 步驟一：根據(jù)實際控制系統(tǒng)選擇相應(yīng)的測試用例并導(dǎo)入TRNSYS軟件中，建立冷熱 電聯(lián)產(chǎn)仿真系統(tǒng)；
[0024] 步驟二：實時負荷輸入：將用戶端冷熱電需求導(dǎo)入冷熱電聯(lián)產(chǎn)仿真系統(tǒng)的逐時負 荷模塊；
[0025] 步驟三：設(shè)置設(shè)備參數(shù)：根據(jù)冷熱電聯(lián)產(chǎn)仿真系統(tǒng)中設(shè)備的實際運行參數(shù)數(shù)據(jù)， 對冷熱電聯(lián)產(chǎn)仿真系統(tǒng)中的設(shè)備參數(shù)進行設(shè)定；
[0026] 步驟四：根據(jù)冷熱電聯(lián)供仿真系統(tǒng)的實際運算時間，賦給控制系統(tǒng)作為采樣時間。 在一個步長中，仿真系統(tǒng)運行一次現(xiàn)場控制系統(tǒng)也運行一次；
[0027]即把仿真一次所用的時間賦值給控制系統(tǒng)，作為控制系統(tǒng)的運算步長。這樣仿真 系統(tǒng)運行一次，控制系統(tǒng)也運行一次。
[0028] 步驟五：在TRNSYS軟件中設(shè)置實驗仿真的開始時間與結(jié)束時間；
[0029] 步驟六：接口配置：對冷熱電聯(lián)產(chǎn)仿真系統(tǒng)的被控對象和反饋信號進行接口配 置，使冷熱電聯(lián)產(chǎn)仿真系統(tǒng)的模擬被控對象與控制系統(tǒng)建立聯(lián)系；
[0030] 步驟七：可編程信號采集轉(zhuǎn)換系統(tǒng)配置：根據(jù)控制系統(tǒng)的需求，配置可編程信號 采集轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的AI/AO/DI/DO通道，使可編程信號采集轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的輸入輸出都可以被冷熱 電聯(lián)產(chǎn)仿真系統(tǒng)的PC機識別；
[0031] 步驟八：開始測試，測試結(jié)束后導(dǎo)出測試結(jié)果：通過波形圖或者文本文檔的形式 將測試結(jié)果導(dǎo)出。
[0032] 本發(fā)明基于TRNSYS軟件在PC機中搭建冷熱電聯(lián)產(chǎn)仿真系統(tǒng)用以虛擬被控對象； 仿真系統(tǒng)與控制系統(tǒng)之間通過可編程信號轉(zhuǎn)換接口實現(xiàn)雙向數(shù)據(jù)交換與協(xié)議轉(zhuǎn)換?？刂葡?統(tǒng)運行冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)控制策略。該系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確模擬冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)，為控制系統(tǒng)提供 一個與真實運行環(huán)境相似的運行環(huán)境，可大大縮短控制系統(tǒng)研發(fā)和測試周期，減少測試費 用。還可以根據(jù)測試結(jié)果導(dǎo)出仿真系統(tǒng)的能量利用率等評估參數(shù)，方便對控制系統(tǒng)進行評 估。
[0033] 本發(fā)明的有益效果：
[0034] 1.通過建立冷熱電聯(lián)供控制系統(tǒng)測試平臺，可以加快冷熱電控制系統(tǒng)的開發(fā)進 度，極大縮短開發(fā)周期。
[0035] 2.將原來必須在現(xiàn)場才能進行的測試工作，在不影響測試精度的情況轉(zhuǎn)移至實驗 室中，大幅度提高了控制系統(tǒng)的測試效率。同時，可比較不同控制系統(tǒng)在不同工況下聯(lián)供系 統(tǒng)的能量利用率、經(jīng)濟性等一系列指標(biāo)，有助于提高冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)的效率。
[0036] 3.新控制系統(tǒng)研發(fā)時，即使控制系統(tǒng)的規(guī)格沒有明確，但控制策略和控制方法可 以先進行開發(fā)和測試，對控制策略的開發(fā)起到推動作用。
[0037] 4.在不購買冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)設(shè)備的情況下，為控制系統(tǒng)提供一個與真實運行環(huán)境 相似的運行環(huán)境，大大減少了控制系統(tǒng)的測試費用。
[0038] 5.冷熱電仿真系統(tǒng)在PC機上具有輸出顯示功能，通過生成折線圖直觀顯示模型 參數(shù)數(shù)據(jù)，內(nèi)燃機、溴化鋰吸收式制冷機等設(shè)備的工作狀態(tài)等數(shù)據(jù)。
[0039] 6.有利于冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)外圍軟件和上位監(jiān)控軟件的開發(fā)。
【附圖說明】
[0040] 圖1為本發(fā)明系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖；
[0041]圖la為本發(fā)明可編程信號采集轉(zhuǎn)換系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)示意圖；
[0042] 圖2為利用TRNbuild模擬的用戶實時負荷圖，其中，用戶冷負荷需求為正值，用戶 熱需求為負值；
[0043] 圖3為冷熱電聯(lián)供仿真系統(tǒng)測試實例界面圖；
[0044] 圖4為冷熱電聯(lián)供仿真系統(tǒng)運行結(jié)果圖一；
[0045] 圖5為冷熱電聯(lián)供仿真系統(tǒng)運行結(jié)果圖二；
[0046]圖中，1、冷熱電聯(lián)產(chǎn)仿真系統(tǒng)，2、可編程信號采集轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，3、控制系統(tǒng)，4、設(shè)備 需求及參數(shù)，5、用戶冷熱電負荷，1-1、CCHP仿真系統(tǒng)，1-2、逐時符合模塊，1-3、輸出接口， 1-4、輸入接口。
【具體實施方式】：
[0047] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進行詳細說明：
[0048] 如圖1所示，一種冷熱電聯(lián)供控制系統(tǒng)測試平臺，包括冷熱電聯(lián)產(chǎn)仿真系統(tǒng)1、可 編程信號采集轉(zhuǎn)換系統(tǒng)2、控制系統(tǒng)3。所述的冷熱電聯(lián)供仿真系統(tǒng)1通過可編程信號采集 轉(zhuǎn)換系統(tǒng)2與控制系統(tǒng)3相連接。根據(jù)控制系統(tǒng)3的控制信號，利用可編程信號采集轉(zhuǎn)換 系統(tǒng)2對其進行模數(shù)轉(zhuǎn)換和信號處理，同時冷熱電聯(lián)供仿真系統(tǒng)1的反饋信號通過通訊接 口反饋至控制系統(tǒng)3，令整個系統(tǒng)成為閉環(huán)系統(tǒng)，從而實現(xiàn)冷熱電聯(lián)供控制系統(tǒng)的測試。
[0049] 如圖la所示，可編程信號采集轉(zhuǎn)換系統(tǒng)包括FPGA主控模塊、信號采集模塊、雙通 道運算放大器OP297、光耦隔離器TLP521 ;
[0050] 信號采集模塊采集的模擬信號首先進行隔離、電平轉(zhuǎn)換