CN102967034B - 变风量空调系统的矢量变频控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种变风量空调系统的矢量变频控制方法，所述矢量变频控制方法采用内置控制逻辑的优化控制器，通过现场总线采集VAV末端数据，经过优化控制器的优化计算后，通过MODBUS总线分别控制矢量变频器励磁电流和转矩电流。本发明变风量空调系统的矢量变频控制方法采用优化控制器与矢量变频器的组合，实现变频器的优化控制，最终实现变风量系统风机的优化节能运行。

Description

变风量空调系统的矢量变频控制方法

技术领域

本发明涉及空调系统的自动控制技术领域，特别是涉及一种变风量空调系统的矢量变频控制方法。

背景技术

在现代建筑中，设计精良的VAV（VAV：Variable Air Volume，变风量）空调系统可以提供舒适的空间环境，实现能耗的节约。VAV空调系统运行成功的关键是空调AHU（AHU：Air handling unit；空气处理机组）机组末端装置VAV箱体和AHU空调自动控制系统。在VAV空调系统中，智能与节能运行主要体现在空调AHU机组的自动控制和风机节能运行，其控制部分是整个VAV系统最复杂的部分，也是VAV系统调试成功的关键。

在VAV空调系统中，AHU的控制比较复杂，涉及传感器控制器较多，控制逻辑比较复杂。目前主要有定静压、总风量、变静压三种控制方式。

风机类负载是典型的变转距负载，即风量与转速成正比，转距或风压与转速平方成正比，轴功率与转速立方成正比，故在低速运行时，负载转距非常小。在变风量空调系统中，空调机组的送风量是由变频器调整风机转速决定的，由于变风量系统末端风阀的处于调节的状态，在实际运行中，末端阻力一直处于变化中。在相同风机转速下，由于末端阻力的变化，输出风量并不呈线性关系。

采用传统的V/F变频控制方式（V：Voltage，电压；F：Frequency，频率）的V/F变频器，在频率变化时供电电压相应变化，造成电机在部分负荷时，转矩下降，风管阻力特性变化，造成末端压差变化，不能满足所有VAV箱体的风量需求，为了调高转矩，VAV空调控制系统中的DDC控制器(DDC：Direct Digital Control，直接数字控制)会调高变频器的频率，但调高频率又会造成风管静压的提高，工作参数较难实现稳定。VAV空调控制系统需要不断修正频率以适应风量和转矩的需求，造成控制系统震荡，为了避免震荡，在现有的VAV控制策略中，均设置较大的控制死区，造成控制不精确，能耗较大。另外，由于低速时，电机发热现象比较严重，为了避免电机发热，VAV空调控制系统一般采用限制最低频率的方式，一般风机电机运行频率不得低于30hz，因此在负荷较低时，也不能通过降低到所限制的最低频率以下来实现节能运行。

在常规的变风量空调系统中，由于末端阻力一直在变化过程中，力矩分量电流的调整要配合VAV末端实际需求，内置的力矩提升功能不适应VAV系统的控制需求。需要一种真正适应变风量空调控制逻辑的变频控制方式，通过变风量系统本身的传感器和执行器采集的数据，通过优化的算法控制矢量变频器的运行。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种变风量空调系统的矢量变频控制方法，其采用优化控制器与矢量变频器的组合，实现变频器的优化控制。

本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：

一种变风量空调系统的矢量变频控制方法，所述矢量变频控制方法采用内置控制逻辑的优化控制器，通过现场总线采集VAV末端数据，经过优化控制器的优化计算后，通过MODBUS总线分别控制矢量变频器励磁电流和转矩电流，所述矢量变频控制方法包括以下步骤：

步骤一，VAV控制器采集变风量风箱末端风量的需求，VAV控制器通过LONWORKS或BACnet总线传输VAV控制器采集的参数给优化控制器；

步骤二，VAV控制器采集的参数传输到优化控制器，优化控制器优化计算风机电机的转矩电流和励磁电流分量，并通过Modbus现场总线实现对风机风量和电机转矩的分别控制；

步骤三，安装于送风管的静压传感器把所测得的送风管静压通过LONWORKS或BACnet传递给优化控制器，优化控制器优化计算的结果通过Modbus现场总线来修正电机的转矩电流，实现风量、转矩与VAV系统匹配的控制，在保证风量的稳定输出的前提下以最小静压运行，实现节能运行；

步骤四，当变风量风箱的末端风量需求变化，风量减少时，末端压力无关性变风量风箱开始动作，风管阻力特性开始变化，通过维持转矩电流，风机仍然维持一定力矩，保证各个末端有足够的压头，然后适当减小转矩电流；

步骤五，当变风量风箱的末端需求风量增加时，末端风阀开大，在调高转速时，维持转矩电流，以适应末端风阀开大阻力变小的工况；

步骤六，当变风量风箱的末端需求风量无变化时，通过静压传感器信号或末端阀门开度信号微调转矩电流，以保证最不利端有足够压头，实现最小静压法运行，实现节能；

步骤七，所有对励磁电流和转矩电流的调整，是经过优化控制器的运算后，通过MODBUS总线直接控制矢量变频器的运行。

优选地，所述采集的参数包括送风量、风阀开度、室内温度、设定温度。

优选地，所述优化控制器通过Modbus总线读取矢量变频器的电流、电压、工作状态、故障信号，直接调整励磁电流和转矩电流的输出。

优选地，所述矢量变频器使用矢量控制方式。

本发明具有的优点和积极进步效果在于：

一、矢量变频器是一种可以分别调整电机的励磁电流和转矩电流的新型控制器，具有控制精确，电机启动性能好，低频运行性能好等特点。矢量变频器一般是通过内置力矩提升功能实现低频率运行的力矩输出，适应需求力矩比较稳定的输出。

二、本发明实现了风量与转矩的解耦，通过对两组分量分别控制，避免了传统变频控制方式互相关联影响的问题。

三、在定静压VAV系统中，恒转矩变速控制可以维持静压的恒定，尤其适用于改造项目。

四、在总风量控制VAV系统中，可以实现恒风量控制，输出风量不受末端静压变化影响。

五、在变静压控制VAV系统中，在风量满足时，可以进一步减少转矩电流，实现最小阻力下的送风方式，实现进一步节能。

六、本发明采用前馈式风量控制，响应速度快，且无震荡，尤其适用于末端风管走向较复杂，风量与静压变化不同步的变风量系统。

附图说明

图1为发明变风量空调系统的矢量变频控制方法采用元件的原理框图。

具体实施方式

下面结合附图给出本发明较佳实施例，以详细说明本发明的技术方案。

如图1所示，本发明变风量空调系统的矢量变频控制方法采用内置控制逻辑的优化控制器，根据VAV系统的工作原理，通过现场总线采集VAV末端数据，经过优化控制器的优化计算后，通过MODBUS总线分别控制矢量变频器励磁电流和转矩电流，实现在不同阻力下的风量按需供应，实现节能。本发明变风量空调系统的矢量变频控制方法包括以下步骤：

步骤一，VAV控制器对变风量风箱（VAVBOX）进行采集变风量风箱末端风量的需求，VAV控制器通过LONWORKS或BACnet总线传输VAV控制器采集的参数给优化控制器，采集的参数包括送风量、风阀开度、室内温度、设定温度；

步骤二，VAV控制器采集的参数传输到优化控制器，优化控制器优化计算风机电机的转矩电流和励磁电流分量，并通过Modbus现场总线实现对风机风量和电机转矩的分别控制；

步骤三，安装于送风管的静压传感器把所测得的送风管静压通过LONWORKS或BACnet传递给优化控制器，优化控制器优化计算的结果通过Modbus现场总线来修正电机的转矩电流，实现风量、转矩与VAV系统匹配的控制，在保证风量的稳定输出的前提下以最小静压运行，实现节能运行；

步骤四，当变风量风箱的末端风量需求变化，风量减少时，末端压力无关性变风量风箱开始动作，风管阻力特性开始变化，通过维持转矩电流，风机仍然维持一定力矩，保证各个末端有足够的压头，然后适当减小转矩电流；

步骤五，当变风量风箱的末端需求风量增加时，末端风阀开大，在调高转速时，维持转矩电流，以适应末端风阀开大阻力变小的工况；

步骤六，当变风量风箱的末端需求风量无变化时，通过静压传感器信号或末端阀门开度信号微调转矩电流，以保证最不利端有足够压头，实现最小静压法运行，实现节能；

步骤七，所有对励磁电流和转矩电流的调整，是经过优化控制器的运算后，通过Modbus总线直接控制矢量变频器的运行。优化控制器通过Modbus总线，可以读取矢量变频器的电流、电压、工作状态、故障信号等参数，可以直接调整励磁电流和转矩电流的输出；通过对励磁电流和转矩电流的分别控制，实现了对风量和转矩的解耦，避免了传统变频控制方式互相关联影响的问题。矢量变频器使用矢量控制方式，可以使电机在低速至5HZ时的输出转矩可以达到电机在50Hz供电输出的转矩（最大约为额定转矩的150％）。对于常规的V/F控制，电机的电压降随着电机速度的降低而相对增加，这就导致由于励磁不足，而使电机不能获得足够的旋转力。

为了补偿这个不足，变频器中需要通过提高电压，来补偿电机速度降低而引起的电压降。然而即使提高输出电压，电机转矩并不能和其电流相对应的提高。因为电机电流包含电机产生的转矩分量和励磁分量。矢量控制方式把电机的电流值进行分配，从而确定产生转矩的电机电流分量和励磁分量的数值。

矢量控制方式可以通过对电机端的电压降的响应，进行优化补偿，在不增加电流的情况下，允许电机产出大的转矩。此功能对改善电机低速时温升也有效。本发明将矢量控制方式与VAV控制逻辑结合在一起，可以根据VAV系统的实际工况优化控制转矩分量与励磁分量。通过内置优化控制逻辑可以实现变风量系统的风量与转矩的优化控制，实现免调试的优化运行。

本发明用内置控制逻辑的优化控制器，根据VAV系统的工作原理，通过现场总线采集VAV末端数据，优化计算后，通过MODBUS总线分别控制矢量变频器励磁电流和转矩电流，实现在不同阻力下的风量按需供应，实现节能。此技术可以解决目前VAV系统的控制难点，实现了变风量系统的简单配置和高效运行。

本发明通过变风量系统本身的传感器和执行器采集的数据，通过优化的算法控制矢量变频器的运行；由于风管静压与风量变化并不是同步的，单独调节，可以对静压与风量进行解耦，属前馈式控制，控制效果好。安装于送风管的静压传感器将风管静压传递到优化控制器，经优化控制器比较计算后，微调转矩电流，在保证风量的稳定输出的前提下实现节能运行。安装于送风管的静压传感器将风管静压传递到优化控制器，经优化控制器比较计算后，微调转矩电流，在保证风量的稳定输出的前提下实现节能运行。

在定静压VAV系统中，恒转矩变速控制通过单独调整转矩电流可以维持静压的恒定，尤其适用于改造项目。在总风量控制VAV系统中，可以实现恒风量控制，输出风量不受末端静压变化影响。可以实现总风量的前馈式控制，避免控制系统的震荡，改变风量的时候能维持转矩。在变静压控制VAV系统中，控制系统可以实现最小阻力法运行，在不同风量需求时，末端静压并不同步，风量与转矩的分别控制，可以适应此种不同步的控制。实现最小阻力下的送风方式，实现进一步节能。

本发明可以实现调整频率实现风量变化时，风机转矩可以适应风管阻力的变化，适应定静压，总风量控制要求，尤其适用于变静压系统节能控制的需求。本发明采用变风量控制器和带MODBUS总线矢量变频器配合，通过对VAV末端信号的采集，经过优化控制器计算处理后，通过通讯接口分别控制变频器的励磁分量和转矩分量，实现在末端静压变化时，风机风量的按需输出，避免了控制系统的震荡和电机发热，风机运行频率可以在5-60HZ之间平稳运行。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，故凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (4)

1.一种变风量空调系统的矢量变频控制方法，其特征在于：所述矢量变频控制方法采用内置控制逻辑的优化控制器，通过现场总线采集VAV末端数据，经过优化控制器的优化计算后，通过MODBUS总线分别控制矢量变频器励磁电流和转矩电流，所述矢量变频控制方法包括以下步骤：

步骤一，VAV控制器采集变风量风箱末端风量的需求，VAV控制器通过LONWORKS或BACnet总线传输VAV控制器采集的参数给优化控制器；

步骤二，VAV控制器采集的参数传输到优化控制器，优化控制器优化计算风机电机的转矩电流和励磁电流分量，并通过MODBUS总线实现对风机风量和电机转矩的分别控制；

步骤三，安装于送风管的静压传感器把所测得的送风管静压通过LONWORKS或BACnet传递给优化控制器，优化控制器优化计算的结果通过MODBUS总线来修正电机的转矩电流，实现风量、转矩与VAV系统匹配的控制，在保证风量的稳定输出的前提下以最小静压运行，实现节能运行；

步骤四，当变风量风箱的末端风量需求变化，风量减少时，末端压力无关性变风量风箱开始动作，风管阻力特性开始变化，通过维持转矩电流，风机仍然维持一定力矩，保证各个末端有足够的压头，然后适当减小转矩电流；

步骤五，当变风量风箱的末端需求风量增加时，末端风阀开大，在调高转速时，维持转矩电流，以适应末端风阀开大阻力变小的工况；

步骤六，当变风量风箱的末端需求风量无变化时，通过静压传感器信号或末端阀门开度信号微调转矩电流，以保证最不利端有足够压头，实现最小静压法运行，实现节能；

步骤七，所有对励磁电流和转矩电流的调整，是经过优化控制器的运算后，通过MODBUS总线直接控制矢量变频器的运行。

2.根据权利要求1所述的变风量空调系统的矢量变频控制方法，其特征在于：所述采集的参数包括送风量、风阀开度、室内温度、设定温度。

3.根据权利要求2所述的变风量空调系统的矢量变频控制方法，其特征在于：所述优化控制器通过MODBUS总线读取矢量变频器的电流、电压、工作状态、故障信号，直接调整励磁电流和转矩电流的输出。

4.根据权利要求1所述的变风量空调系统的矢量变频控制方法，其特征在于：所述矢量变频器使用矢量控制方式。