CN103776211B - 变频系统及其控制方法和控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种变频系统及其控制方法和控制装置。该方法包括：当变频系统的压缩机运行频率为第一频率f1时，确定变频系统的第一吸气焓值h1、第一排气焓值h2和第一冷凝器焓值h3；根据h1、h2和h3确定第一COP；当压缩机运行频率为第二频率f2时，确定变频系统的第二吸气焓值h1′、第二排气焓值h2′和第二冷凝器焓值h3′；根据h1′、h2′和h3′确定第二COP；以及根据第一频率f1和第二频率f2的大小关系、第一COP和第二COP的大小关系调节第二频率f2。通过该方法，能够根据焓值自动调节压缩机的运行频率，从而使得变频系统在各种工况下具有较高的COP。

Description

变频系统及其控制方法和控制装置

技术领域

本发明涉及变频控制领域，具体而言，涉及一种变频系统及其控制方法和控制装置。

背景技术

较传统的定频系统，例如定频热泵热水器、定频单冷空调系统、定频热泵空调系统而言，变频系统具有常温运行高能效、低温运行高能力的优势。例如，变频热水器的热水机能够在任何环境和水温条件下运行在能效比（CoefficientofPerformance，COP）最高的频率下。然而随着水温、环境温度等工况的变化，变频系统运行时最佳COP对应的频率会发生变化，从而无法实现最优COP频率的自动控制。

针对相关技术中变频系统无法实现最优COP频率自动控制的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种变频系统及其控制方法和控制装置，以解决变频系统无法实现最优COP频率自动控制的问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种变频系统的控制方法。

根据本发明的变频系统的控制方法包括：当变频系统的压缩机运行频率为第一频率f1时，确定变频系统的第一吸气焓值h1、第一排气焓值h2和第一冷凝器焓值h3，其中，第一吸气焓值h1、第一排气焓值h2和第一冷凝器焓值h3依次分别为压缩机吸气管路的焓值、压缩机排气管路的焓值和变频系统中冷凝出管的焓值；根据第一吸气焓值h1、第一排气焓值h2和第一冷凝器焓值h3确定第一COP；当压缩机运行频率为第二频率f2时，确定变频系统的第二吸气焓值h1′、第二排气焓值h2′和第二冷凝器焓值h3′，其中，第二频率f2为压缩机由第一频率f1变频后的频率，第二吸气焓值h1′、第二排气焓值h2′和第二冷凝器焓值h3′依次分别为吸气管路的焓值、排气管路的焓值和冷凝出管的焓值；根据第二吸气焓值h1′、第二排气焓值h2′和第二冷凝器焓值h3′确定第二COP；以及根据第一频率f1和第二频率f2的大小关系、第一COP和第二COP的大小关系调节第二频率f2。

进一步地，确定第一COP包括采用以下公式确定：COP1=(h2-h3)/(h2-h1)，其中，COP1为第一COP。

进一步地，调节第二频率f2包括：当f1<f2且COP1≤COP2时，增大第二频率f2；当f1<f2且COP1>COP2时，减小第二频率f2；当f1>f2且COP1>COP2时，增大第二频率f2；以及当f1>f2且COP1≤COP2时，减小第二频率f2。

进一步地，当f1<f2且COP1>COP2时，减小第二频率f2至第三频率f3，其中，f3<f1；当f1>f2且COP1>COP2时，增大第二频率f2至第四频率f4，其中，f4>f1。

进一步地，在确定第一吸气焓值h1、第一排气焓值h2和第一冷凝器焓值h3之前，该方法还包括：当压缩机运行频率为第一频率f1时，判断变频系统是否稳定运行于第一频率f1，其中，当变频系统稳定运行于第一频率f1时，确定变频系统的第一吸气焓值h1、第一排气焓值h2和第一冷凝器焓值h3。

进一步地，判断变频系统是否稳定运行于第一频率f1包括：当变频系统运行于第一频率f1时，检测变频系统持续运行于第一频率f1的时间；判断检测到的时间是否达到预设的稳定运行时间；以及当检测到的时间达到预设的稳定运行时间时，确定变频系统稳定运行于第一频率f1。

进一步地，判断变频系统是否稳定运行于第一频率f1包括：当变频系统运行于第一频率f1时，检测变频系统中的温度变化率；判断检测到的温度变化率是否小于预设的第一稳定温度变化率；以及当检测到的温度变化率小于第一稳定温度变化率时，确定变频系统稳定运行于第一频率f1，其中，温度变化率为压缩机的吸气温度变化率、压缩机的排气温度变化率、变频系统冷凝器的出口温度变化率、冷凝器的中部温度变化率或变频系统蒸发器的温度变化率。

进一步地，判断变频系统是否稳定运行于第一频率f1包括：当变频系统运行于第一频率f1时，在第一时间段内检测第一平均温度；在第二时间段内检测第二平均温度；判断第一平均温度与第二平均温度之间的差值是否小于预设的第二稳定温度变化率；以及当差值小于第二稳定温度变化率时，确定变频系统稳定运行于第一频率f1，其中，其中，第一平均温度为在第一时间段内压缩机的吸气温度平均值、压缩机的排气温度平均值、变频系统冷凝器的出口温度平均值、冷凝器的中部温度平均值或变频系统蒸发器的温度平均值，第二平均温度为在第二时间段内压缩机的吸气温度平均值、压缩机的排气温度平均值、变频系统冷凝器的出口温度平均值、冷凝器的中部温度平均值或变频系统蒸发器的温度平均值。

进一步地，确定变频系统的第一吸气焓值h1、第一排气焓值h2和第一冷凝器焓值h3包括：采集压缩机的吸气温度Ts、压缩机的排气温度Tp、冷凝器的出口温度Tsc；获取变频系统的蒸发压力Pe和冷凝压力Pc；根据吸气温度Ts和蒸发压力Pe确定第一吸气焓值h1；根据排气温度Ts和冷凝压力Pc确定第一排气焓值h2；以及根据出口温度Tsc和冷凝压力Pc、或者根据出口温度Tsc和出口温度Tsc对应的饱和压力Pm确定冷凝器焓值h3。

进一步地，获取变频系统的蒸发压力Pe和冷凝压力Pc包括：通过压力传感器采集蒸发压力Pe和冷凝压力Pc，或者，采集冷凝器的中部温度Tc和变频系统蒸发器的温度Te；根据冷凝器的中部温度Tc确定冷凝压力Pc；以及根据蒸发器的温度Te确定蒸发压力Pe。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种变频系统的控制装置。

根据本发明的变频系统的控制装置包括：第一确定模块，用于当变频系统的压缩机运行频率为第一频率f1时，确定变频系统的第一吸气焓值h1、第一排气焓值h2和第一冷凝器焓值h3，其中，第一吸气焓值h1、第一排气焓值h2和第一冷凝器焓值h3依次分别为压缩机吸气管路的焓值、压缩机排气管路的焓值和变频系统中冷凝出管的焓值；第二确定模块，用于根据第一吸气焓值h1、第一排气焓值h2和第一冷凝器焓值h3确定第一COP；第三确定模块，用于当压缩机运行频率为第二频率f2时，确定变频系统的第二吸气焓值h1′、第二排气焓值h2′和第二冷凝器焓值h3′，其中，第二频率f2为压缩机由第一频率f1变频后的频率，第二吸气焓值h1′、第二排气焓值h2′和第二冷凝器焓值h3′依次分别为吸气管路的焓值、排气管路的焓值和冷凝出管的焓值；第四确定模块，用于根据第二吸气焓值h1′、第二排气焓值h2′和第二冷凝器焓值h3′确定第二COP；以及调节模块，用于根据第一频率f1和第二频率f2的大小关系、第一COP和第二COP的大小关系调节第二频率f2。

进一步地，第二确定模块采用以下公式确定第一COP：COP1=(h2-h3)/(h2-h1)，其中，COP1为第一COP。

进一步地，调节模块包括：第一调节子模块，用于当f1<f2且COP1≤COP2时，增大第二频率f2；第二调节子模块，用于当f1<f2且COP1>COP2时，减小第二频率f2；第三调节子模块，用于当f1>f2且COP1>COP2时，增大第二频率f2；以及第四调节子模块，用于当f1>f2且COP1≤COP2时，减小第二频率f2。

进一步地，该装置还包括：判断模块，用于当压缩机运行频率为第一频率f1时，在确定第一吸气焓值h1、第一排气焓值h2和第一冷凝器焓值h3之前，判断变频系统是否稳定运行于第一频率f1，其中，第一确定模块还用于当变频系统稳定运行于第一频率f1时，确定变频系统的第一吸气焓值h1、第一排气焓值h2和第一冷凝器焓值h3。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种变频系统。

根据本发明的变频系统包括变频压缩机、蒸发器和冷凝器，其中，还包括：控制器，控制器包括本发明提供的任意一种控制装置，用于调节变频压缩机的频率。

进一步地，该变频系统还包括：第一温度传感器，与控制器相连接，用于采集压缩机的吸气温度Ts；第二温度传感器，与控制器相连接，用于采集压缩机的排气温度Tp；第三温度传感器，与控制器相连接，用于采集冷凝器的出口温度Tsc；第一压力传感器，与控制器相连接，用于采集变频系统的蒸发压力Pe；以及第二压力传感器，与控制器相连接，用于采集变频系统的冷凝压力Pc。

进一步地，该变频系统还包括：第一温度传感器，与控制器相连接，用于采集压缩机的吸气温度Ts；第二温度传感器，与控制器相连接，用于采集压缩机的排气温度Tp；第三温度传感器，与控制器相连接，用于采集冷凝器的出口温度Tsc；第四温度传感器，与控制器相连接，用于采集冷凝器的中部温度Tc；以及第五温度传感器，与控制器相连接，用于采集蒸发器的温度Te。

进一步地，该变频系统为变频空气能热水器系统、变频单冷空调系统或变频热泵空调系统。

通过本发明，采用包括以下步骤的变频系统的控制方法：当变频系统的压缩机运行频率为第一频率f1时，确定变频系统的第一吸气焓值h1、第一排气焓值h2和第一冷凝器焓值h3；根据h1、h2和h3确定第一COP；当压缩机运行频率为第二频率f2时，确定变频系统的第二吸气焓值h1′、第二排气焓值h2′和第二冷凝器焓值h3′；根据h1′、h2′和h3′确定第二COP；以及根据f1和f2的大小关系、第一COP和第二COP的大小关系调节f2，能够根据焓值自动调节压缩机的运行频率，解决了变频系统无法实现最优COP频率自动控制的问题，进而达到了变频系统在各种工况下具有较高的COP的效果。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例的说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是根据本发明实施例的变频系统的框图；

图2是根据本发明实施例的变频系统的控制流程示意图；

图3是根据本发明实施例的变频系统的压焓图；

图4是根据本发明实施例的变频系统的控制装置的框图；以及

图5是根据本发明实施例的变频系统的控制方法的流程图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

首先，描述本具体实施方式提供的变频系统的实施例。

图1是根据本发明实施例的变频系统的框图，如图1所示，该变频系统包括压缩机、冷凝器、蒸发器、节流装置（图中未示出）和控制器，其中，在变频系统的运行过程中，控制器计算并比较不同压缩机频率下对应的变频系统的COP，根据频率大小和COP大小调节频率，当较大频率对应的COP也较大时，说明增大频率能够增大COP，所以在调节压缩机频率时增大压缩机频率，反之，当较小频率对应的COP较大时，说明减小频率能够增大COP，所以在调节压缩机频率时减小压缩机频率，具体地，根据压缩机吸气管路的焓值、压缩机排气管路的焓值和变频系统中冷凝出管的焓值计算系统COP。该实施例中的变频系统可以为变频空气能热水器系统、变频单冷空调系统或变频热泵空调系统。

采用该实施例的变频系统，当变频系统工作的环境工况发生变化时，能够自动调节压缩机频率，使得变频系统在任意工况下都可有较高的COP，当系统在某一工况下稳定运行时，经过多次调节，能够使变频系统运行在最佳COP对应的频率。

优选地，在变频系统中安装多个传感器与控制器连接，实时检测温度和压力，以使控制器根据检测的温度和压力确定焓值，进而计算系统COP。具体地，该变频系统包括以下的温度传感器和压力传感器：采集压缩机的吸气温度Ts的第一温度传感器、采集压缩机的排气温度Tp的第二温度传感器、采集冷凝器的出口温度Tsc的第三温度传感器、采集变频系统的蒸发压力Pe的第一压力传感器以及采集变频系统的冷凝压力Pc的第二压力传感器。控制器根据Pe和Ts计算压缩机吸气管路的焓值、根据Pc和Tp计算压缩机排气管路的焓值、根据Pc和Tsc计算变频系统中冷凝出管的焓值，具体的计算方法可以采用现有技术中任意的焓值计算方法。

优选地，在变频系统中安装多个传感器与控制器连接，实时检测温度，以使控制器根据检测的温度确定压力和焓值，进而计算系统COP。具体地，该变频系统包括以下的温度传感器：采集压缩机的吸气温度Ts的第一温度传感器、采集压缩机的排气温度Tp的第二温度传感器、采集冷凝器的出口温度Tsc的第三温度传感器、采集冷凝器的中部温度Tc的第四温度传感器和采集蒸发器温度Te的第五温度传感器。控制器首先根据蒸发器温度Te计算系统的蒸发压力Pe、根据冷凝器的中部温度Tc计算系统的冷凝压力Pc，然后根据Pe和Ts计算压缩机吸气管路的焓值、根据Pc和Tp计算压缩机排气管路的焓值、根据Pc和Tsc计算变频系统中冷凝出管的焓值，具体的计算方法可以采用现有技术中任意的焓值计算方法。

图2是根据本发明实施例的变频系统的控制流程示意图，该变频系统中的温度传感器包括冷凝器中部温度传感器，检测水箱盘管中部的冷凝温度Tc；冷凝器出管温度传感器，检测水箱盘管冷凝出管的冷凝温度Tsc；蒸发器温度传感器，检测蒸发器中部温度Te；压缩机吸气温度传感器，检测压缩机吸气管路上的温度Ts；压缩机排气温度传感器，检测压缩机排气管路上的温度Tp。如图2所示，控制器根据传感器检测出来的温度参数进行分析，计算系统的蒸发压力Pe和冷凝压力Pc，计算出压缩机吸气焓值h1、排气焓值h2和冷凝出管焓值h3，再根据制冷循环计算公式：COP=（h2-h3）/（h2-h1）计算出各个时刻时各运行频率对应的COP值。根据各运行频率计算出的COP值，进一步调整频率再计算COP值，然后进行比较，选择COP高的运行频率运行。

采用该实施例的变频系统，可在蒸发或冷凝条件改变实时智能调整运行频率，追踪和寻找最大COP运行的频率，通过控制器的控制实现高效运行模式频率的调节，能够精确的寻找到各种环境以及水温条件下的最佳COP运行频率，并能够智能调节，不需要增加硬件，整机成本不会增加，同时不需要进行大量的实验测试，节约实验资源和人力投入。

以盘管式变频空气能热水器运行环境温度为20/15℃，水温为35℃，控制器寻找此运行条件下最大COP的运行频率的过程为：

1、根据系统采用冷媒种类，在其控制器内生成压力、温度和焓值对应表，把该表存入控制器的芯片中。

2、通过设置在机组上的温度传感器进行检测，包括水箱盘管中部的冷凝温度Tc、水箱盘管冷凝出管的冷凝温度Tsc、蒸发器中部温度Te、压缩机吸气管路上的温度Ts和压缩机排气管路上的温度Tp。

控制器通过温度传感器检测温度Te、Tc、Ts、Tp、Tsc，然后在压焓表上找到对应的蒸发压力Pe，冷凝压力Pc，以及各个部件状态相应的焓值。如图3所示，状态点1是压缩机吸气口状态，知道此点压力和温度可确定对应的焓值h1，点2为压缩机排气，点3对应冷凝器出口状态，点4对应蒸发器入口状态点，焓值和压力温度的对应方式为：（Pe，Ts）→h1；（Pc，Tp）→h2；（Pc，Tsc）→h3，h4，然后根据能效公式COP=（h2-h3）/（h2-h1）计算COP值。

在压缩机以频率f1运行稳定后，根据检测的Tc，Te，Ts，Tsc和Tp，并在控制器中找到对应h1、h2、h3和h4，计算其能效值COP1=（h2-h3）/（h2-h1）；压缩机在频率f1的基础上调节频率至f2=f1+Δf运行稳定后，检测Tc，Te，Ts，Tsc和Tp，并在控制器中找到对应h1′，h2′，h3′，计算其能效值COP2=（h2′-h3′）/（h2′-h1′）；

通过两组计算值，进行比较选择较大COP值：COP=MAX（COP1，COP2），

1）如果f1<f2且COP1≤COP2，则压缩机频率继续调节至f3=f1+Δf，在稳定运行之后，计算COP3；

如果COP2≤COP3则频率继续按照Δf增加，直至COPn+1≤COPn，最佳COP频率调节至此结束，在该运行条件下，运行频率为f=f1+（n-1）*Δf时有最大COPmax=COPn；

2）如果f1<f2且COP1>COP2，则压缩机频率继续调节至f3=f1-Δf，在稳定运行之后，计算COP3；

如果COP1≤COP3则频率继续按照Δf减少，直至COPn+1≤COPn，最佳COP频率调节至此结束，在该运行条件下，运行频率为f=f1-（n-1）*Δf时有最大COPmax=COPn。

3）如果f1>f2且COP1≤COP2，则压缩机频率继续调节至f3=f1+Δf，在稳定运行之后，计算COP3；

如果COP2≤COP3则频率继续按照Δf增加，直至COPn+1≤COPn，最佳COP频率调节至此结束，在该运行条件下，运行频率为f=f1+（n-1）*Δf时有最大COPmax=COPn；

4）如果f1>f2且COP1>COP2，则压缩机频率继续调节至f3=f1-Δf，在稳定运行之后，计算COP3；

如果COP1≤COP3则频率继续按照Δf减少，直至COPn+1≤COPn，最佳COP频率调节至此结束，在该运行条件下，运行频率为f=f1-（n-1）*Δf时有最大COPmax=COPn。

通过上述输入参数采集、控制器分析和计算，可以寻找到机组运行条件下最大COP对应的压缩机频率。

其次，本具体实施方式还提供了变频系统的控制装置的实施例，下述的任意实施例的控制装置均可应用于上述变频系统的控制器。

图4是根据本发明实施例的变频系统的控制装置的框图，如图4所示，该控制装置包括第一确定模块10、第二确定模块30、第三确定模块50、第四确定模块70和调节模块90。

当变频系统的压缩机运行于第一频率f1时，第一确定模块10确定变频系统的第一吸气焓值h1、第一排气焓值h2和第一冷凝器焓值h3，其中，第一吸气焓值h1、第一排气焓值h2和第一冷凝器焓值h3依次分别为压缩机吸气管路的焓值、压缩机排气管路的焓值和变频系统中冷凝出管的焓值，第二确定模块30根据第一吸气焓值h1、第一排气焓值h2和第一冷凝器焓值h3确定第一COP，也即，确定压缩机运行于第一频率f1时变频系统的能效比。

当压缩机运行频率由第一频率变频为第二频率f2时，第三确定模块50确定变频系统的第二吸气焓值h1′、第二排气焓值h2′和第二冷凝器焓值h3′，其中，第二吸气焓值h1′、第二排气焓值h2′和第二冷凝器焓值h3′依次分别为吸气管路的焓值、排气管路的焓值和冷凝出管的焓值，第四确定模块70根据第二吸气焓值h1′、第二排气焓值h2′和第二冷凝器焓值h3′确定第二COP，也即，确定压缩机运行于第二频率f2时变频系统的能效比。

在分别确定压缩机运行于第一频率f1和第二频率f2时的能效比，调节模块90根据第一频率f1和第二频率f2的大小关系、第一COP和第二COP的大小关系调节第二频率f2，当频率变化能够增大能效比时，按照频率变化方向进一步调节频率，反之，当频率变化使得能效比减小时，按照频率变化方向的反方向调节频率。

采用该实施例的变频系统的控制装置，当变频系统工作的环境工况发生变化时，通过控制装置能够自动调节压缩机频率，使得变频系统在任意工况下都可有较高的COP，当系统在某一工况下稳定运行时，经过多次调节，能够使变频系统运行在最佳COP对应的频率。

优选地，第二确定模块30采用以下公式确定第一COP：

COP1=(h2-h3)/(h2-h1)

第三确定模块50采用以下公式确定第二COP：

COP2=(h2′-h3′)/(h2′-h1′)

其中，COP1为第一COP，COP2为第二COP。

采用该优选实施例确定COP的计算方法简单，控制装置运行效率高。

优选地，调节模块90包括以下的调节子模块：第一调节子模块用于当f1<f2且COP1≤COP2时，增大第二频率f2；第二调节子模块用于当f1<f2且COP1>COP2时，减小第二频率f2；第三调节子模块用于当f1>f2且COP1>COP2时，增大第二频率f2；以及第四调节子模块用于当f1>f2且COP1≤COP2时，减小第二频率f2。

采用该优选实施例，通过简单的判断调节运行频率，如果较大的运行频率对应的COP也较大时，增大运行频率，如果较小的频率对应的COP较大，减小运行频率。

进一步优选地，第二调节子模块在减小第二频率f2时，减小后的频率小于f1；第三调节子模块在增大第二频率f2时，增大后的频率大于f1。

采用该进一步优选的实施例，能够通过较少的调节次数将频率调节至最佳COP对应的频率，从而提高了调节效率。

优选地，上述任一实施例中的控制装置还包括判断模块，该判断模块用于在确定焓值之前，判断变频系统是否稳定运行，在变频系统稳定运行之后，再确定焓值。具体地，当压缩机运行频率为第一频率f1时，在确定第一吸气焓值h1、第一排气焓值h2和第一冷凝器焓值h3之前，判断模块判断变频系统是否稳定运行于第一频率f1，其中，第一确定模块10在变频系统稳定运行于第一频率f1时，再确定变频系统的第一吸气焓值h1、第一排气焓值h2和第一冷凝器焓值h3；当压缩机运行频率为第二频率f2时，在确定第二吸气焓值h1′、第二排气焓值h2′和第二冷凝器焓值h3′之前，判断模块判断变频系统是否稳定运行于第二频率f2，其中，第二确定模块30在变频系统稳定运行于第二频率f2时，再确定变频系统的第二吸气焓值h1′、第二排气焓值h2′和第二冷凝器焓值h3′。

采用该优选实施例，当变频系统稳定运行之后确定焓值，使得确定的焓值更准确，并且能够减少由于系统不稳定导致的调节次数增多，从而快速的使变频系统运行在较佳的频率，具有较高的能效比。

以判断系统是否稳定运行在第一频率f1为例，判断模块可采用如下的三种判断方式：

方式一：不同变频系统预设不同的稳定运行时间，例如空气能热水器系统可预设3min作为稳定运行时间，当变频系统运行于第一频率f1时，检测并判断变频系统持续运行于第一频率f1的时间是否达到预设的稳定运行时间，当检测到的时间达到预设的稳定运行时间时，例如，空气能热水器已运行于第一频率3min时，确定变频系统稳定运行于第一频率f1。

采用该方式需要预先设定稳定运行时间，但判断方式简单。

方式二：检测系统中的温度参数，根据某个或某几个温度参数的变化率来判断变频系统是否稳定运行于第一频率，具体地，可连续检测压缩机的吸气温度、压缩机的排气温度、变频系统冷凝器的出口温度、冷凝器的中部温度或变频系统蒸发器的温度，判断某个温度的变化率是否小于预设的第一稳定温度变化率，当检测到的温度变化率小于第一稳定温度变化率时，确定变频系统稳定运行于第一频率f1，例如以压缩机的排气温度为例，当前一次检测到的排气温度Tpn和后一次检测到的排气温度Tpn+1符合│Tpn+1-Tpn│≤1℃时，确定系统已达到稳定。

采用该方式需要检测温度和预先设定稳定温度变化率，但多次检测温度的判断方式使得判断得到的结果更准确。

其中，由于排气温度和冷凝器出口温度的变化更明显，进一步优选地，根据排气温度变化率或冷凝器出口温度变化率来判断系统是否稳定运行，进一步增加判断结果的准确性。

方式三：在运行于第一频率后，以预定的采样时间采样系统温度，在前后两个时间段内，分别计算各采样温度的平均值，通过两个平均值的关系判断系统是否稳定，具体地，当变频系统运行于第一频率f1时，在第一时间段内检测第一平均温度；在第二时间段内检测第二平均温度；判断第一平均温度与第二平均温度之间的差值是否小于预设的第二稳定温度变化率；以及当差值小于第二稳定温度变化率时，确定变频系统稳定运行于第一频率f1，其中，两个平均温度分别是指在两个时间段内压缩机的吸气温度平均值、压缩机的排气温度平均值、变频系统冷凝器的出口温度平均值、冷凝器的中部温度平均值或变频系统蒸发器的温度平均值。

例如：前一个时间段1min内按每隔20s检测一次排气温度，可得到数据Tp1，Tp2、Tp3，计算其平均值为Tave1=（Tp1+Tp2+Tp3）/3，然后检测后一个时间段1min内按每隔20s检测一次排气温度，可得到数据Tp4，Tp5、Tp6，计算其平均值为Tave2=（Tp4+Tp5+Tp6）/3，如果满足│Tave1-Tave2│≤1℃则判定为系统稳定运行。

采用该方式需要检测温度和预先设定稳定温度变化率，但多次检测温度的判断方式使得判断得到的结果更准确。

以第二确定模块30为例，在确定焓值时，可采用如下的两种确定方式：

方式一：采集压缩机的吸气温度Ts、压缩机的排气温度Tp、冷凝器的出口温度Tsc；采集变频系统的蒸发压力Pe和冷凝压力Pc；根据吸气温度Ts和蒸发压力Pe确定第一吸气焓值h1；根据排气温度Ts和冷凝压力Pc确定第一排气焓值h2；以及根据出口温度Tsc和冷凝压力Pc确定冷凝器焓值h3，其中，根据温度和压力确定焓值的方法可采用现有技术中的任意算法，例如使用冷媒的过冷液、过热气和两相区经验公式进行计算；也可在系统控制器中预存温度-压力-焓值组成的压焓图，如图3所示，根据压焓图确定焓值。

方式二：采集压缩机的吸气温度Ts、压缩机的排气温度Tp、冷凝器的出口温度Tsc、冷凝器的中部温度Tc和变频系统蒸发器的温度Te；根据冷凝器的中部温度Tc确定冷凝压力Pc；根据蒸发器的温度Te确定蒸发压力Pe；根据吸气温度Ts和蒸发压力Pe确定第一吸气焓值h1；根据排气温度Ts和冷凝压力Pc确定第一排气焓值h2；以及根据出口温度Tsc和冷凝压力Pc或者根据出口温度Tsc以及其对应的饱和压力Pm确定冷凝器焓值h3，其中，可在系统控制器中预存温度与压力的对应关系表，根据检测到的温度确定压力。根据压力确定焓值的方法也可采用现有技术中的任意算法。

本发明实施例还提供了变频系统的控制方法，以下对本发明实施例所提供的变频系统的控制方法进行介绍。需要说明的是，在本发明实施例的变频系统的控制方法可以通过本发明实施例所提供的变频系统的控制装置来执行，本发明实施例的变频系统的控制装置也可以用于执行本发明实施例所提供的变频系统的控制方法。

图5是根据本发明实施例的变频系统的控制方法的流程图，如图5所示，该方法包括如下的步骤S102至步骤S110：

步骤S102：当变频系统的压缩机运行频率为第一频率f1时，确定变频系统的第一吸气焓值h1、第一排气焓值h2和第一冷凝器焓值h3，其中，第一吸气焓值h1、第一排气焓值h2和第一冷凝器焓值h3依次分别为压缩机吸气管路的焓值、压缩机排气管路的焓值和变频系统中冷凝出管的焓值。

步骤S104：根据第一吸气焓值h1、第一排气焓值h2和第一冷凝器焓值h3确定第一COP。

步骤S106：当压缩机运行频率为第二频率f2时，确定变频系统的第二吸气焓值h1′、第二排气焓值h2′和第二冷凝器焓值h3′，其中，第二频率f2为压缩机由第一频率f1变频后的频率，第二吸气焓值h1′、第二排气焓值h2′和第二冷凝器焓值h3′依次分别为吸气管路的焓值、排气管路的焓值和冷凝出管的焓值。

步骤S108：根据第二吸气焓值h1′、第二排气焓值h2′和第二冷凝器焓值h3′确定第二COP。

步骤S110：根据第一频率f1和第二频率f2的大小关系、第一COP和第二COP的大小关系调节第二频率f2，当频率变化能够增大能效比时，按照频率变化方向进一步调节频率，反之，当频率变化使得能效比减小时，按照频率变化方向的反方向调节频率。

采用该实施例的变频系统的控制方法，当变频系统工作的环境工况发生变化时，能够自动调节压缩机频率，使得变频系统在任意工况下都可有较高的COP，当系统在某一工况下稳定运行时，经过多次调节，能够使变频系统运行在最佳COP对应的频率。

优选地，在步骤S104和步骤S108中，根据焓值确定COP时，采用以下公式确定：COP1=(h2-h3)/(h2-h1)。

采用该优选实施例确定COP的计算方法简单，控制装置运行效率高。

优选地，通过以下的步骤实现步骤S110：当f1<f2且COP1≤COP2时，增大第二频率f2；当f1<f2且COP1>COP2时，减小第二频率f2；当f1>f2且COP1>COP2时，增大第二频率f2；以及当f1>f2且COP1≤COP2时，减小第二频率f2。

采用该优选实施例，通过简单的判断调节运行频率，如果较大的运行频率对应的COP也较大时，增大运行频率，如果较小的频率对应的COP较大，减小运行频率。

进一步优选地，当f1<f2且COP1>COP2时，减小第二频率f2至第三频率f3，其中，f3<f1；当f1>f2且COP1>COP2时，增大第二频率f2至第四频率f4，其中，f4>f1。

采用该进一步优选的实施例，能够通过较少的调节次数将频率调节至最佳COP对应的频率，从而提高了调节效率。

优选地，在步骤S102和步骤S106中，确定焓值之前，先判断变频系统是否稳定运行，在变频系统稳定运行之后，再确定焓值。以判断系统是否稳定运行于第一频率f1为例，具体地，当压缩机运行频率为第一频率f1时，判断变频系统是否稳定运行于第一频率f1，当变频系统稳定运行于第一频率f1时，确定变频系统的第一吸气焓值h1、第一排气焓值h2和第一冷凝器焓值h3。

采用该优选实施例，当变频系统稳定运行之后确定焓值，使得确定的焓值更准确，并且能够减少由于系统不稳定导致的调节次数增多，从而快速的使变频系统运行在较佳的频率，具有较高的能效比。

以判断系统是否稳定运行在第一频率f1为例，上述判断的步骤可采用如下的三种判断方式：

方式一：不同变频系统预设不同的稳定运行时间，例如空气能热水器系统可预设3min作为稳定运行时间，当变频系统运行于第一频率f1时，检测并判断变频系统持续运行于第一频率f1的时间是否达到预设的稳定运行时间，当检测到的时间达到预设的稳定运行时间时，例如，空气能热水器已运行于第一频率3min时，确定变频系统稳定运行于第一频率f1。

采用该方式需要预先设定稳定运行时间，但判断方式简单。

方式二：检测系统中的温度参数，根据某个或某几个温度参数的变化率来判断变频系统是否稳定运行于第一频率，具体地，可连续检测压缩机的吸气温度、压缩机的排气温度、变频系统冷凝器的出口温度、冷凝器的中部温度或变频系统蒸发器的温度，判断某个温度的变化率是否小于预设的第一稳定温度变化率，当检测到的温度变化率小于第一稳定温度变化率时，确定变频系统稳定运行于第一频率f1，例如以压缩机的排气温度为例，当前一次检测到的排气温度Tpn和后一次检测到的排气温度Tpn+1符合│Tpn+1-Tpn│≤1℃时，确定系统已达到稳定。

采用该方式需要检测温度和预先设定稳定温度变化率，但多次检测温度的判断方式使得判断得到的结果更准确。

其中，由于排气温度和冷凝器出口温度的变化更明显，进一步优选地，根据排气温度变化率或冷凝器出口温度变化率来判断系统是否稳定运行，进一步增加判断结果的准确性。

方式三：在运行于第一频率后，以预定的采样时间采样系统温度，在前后两个时间段内，分别计算各采样温度的平均值，通过两个平均值的关系判断系统是否稳定，具体地，当变频系统运行于第一频率f1时，在第一时间段内检测第一平均温度；在第二时间段内检测第二平均温度；判断第一平均温度与第二平均温度之间的差值是否小于预设的第二稳定温度变化率；以及当差值小于第二稳定温度变化率时，确定变频系统稳定运行于第一频率f1，其中，两个平均温度分别是指在两个时间段内压缩机的吸气温度平均值、压缩机的排气温度平均值、变频系统冷凝器的出口温度平均值、冷凝器的中部温度平均值或变频系统蒸发器的温度平均值。

例如：前一个时间段1min内按每隔20s检测一次排气温度，可得到数据Tp1，Tp2、Tp3，计算其平均值为Tave1=（Tp1+Tp2+Tp3）/3，然后检测后一个时间段1min内按每隔20s检测一次排气温度，可得到数据Tp4，Tp5、Tp6，计算其平均值为Tave2=（Tp4+Tp5+Tp6）/3，如果满足│Tave1-Tave2│≤1℃则判定为系统稳定运行。

采用该方式需要检测温度和预先设定稳定温度变化率，但多次检测温度的判断方式使得判断得到的结果更准确。

优选地，在步骤S102和步骤S106中，确定焓值可采用如下的两种确定方式。其中，以步骤S102中确定第一吸气焓值h1、第一排气焓值h2和第一冷凝器焓值h3为例进行说明如下：

方式一：采集压缩机的吸气温度Ts、压缩机的排气温度Tp、冷凝器的出口温度Tsc；采集变频系统的蒸发压力Pe和冷凝压力Pc；根据吸气温度Ts和蒸发压力Pe确定第一吸气焓值h1；根据排气温度Ts和冷凝压力Pc确定第一排气焓值h2；以及根据出口温度Tsc和冷凝压力Pc确定冷凝器焓值h3，其中，根据温度和压力确定焓值的方法可采用现有技术中的任意算法，例如使用冷媒的过冷液、过热气和两相区经验公式进行计算；也可在系统控制器中预存温度-压力-焓值组成的压焓图，如图3所示，根据压焓图确定焓值。

方式二：采集压缩机的吸气温度Ts、压缩机的排气温度Tp、冷凝器的出口温度Tsc、冷凝器的中部温度Tc和变频系统蒸发器的温度Te；根据冷凝器的中部温度Tc确定冷凝压力Pc；根据蒸发器的温度Te确定蒸发压力Pe；根据吸气温度Ts和蒸发压力Pe确定第一吸气焓值h1；根据排气温度Ts和冷凝压力Pc确定第一排气焓值h2；以及根据出口温度Tsc和冷凝压力Pc确定冷凝器焓值h3，其中，可在系统控制器中预存温度与压力的对应关系表，根据检测到的温度确定压力。根据压力确定焓值的方法也可采用现有技术中的任意算法。

从以上的描述中，可以看出，本发明实现了如下技术效果：能够根据焓值自动调节压缩机的运行频率，解决了变频系统无法实现最优COP频率自动控制的问题，使得变频系统在各种工况下具有较高的COP。

需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。

显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (18)

1.一种变频系统的控制方法，其特征在于，包括：

当变频系统的压缩机运行频率为第一频率f1时，确定所述变频系统的第一吸气焓值h1、第一排气焓值h2和第一冷凝器焓值h3，其中，所述第一吸气焓值h1、所述第一排气焓值h2和所述第一冷凝器焓值h3依次分别为所述压缩机吸气管路的焓值、所述压缩机排气管路的焓值和所述变频系统中冷凝出管的焓值；

根据所述第一吸气焓值h1、所述第一排气焓值h2和所述第一冷凝器焓值h3确定第一COP；

当所述压缩机运行频率为第二频率f2时，确定所述变频系统的第二吸气焓值h1′、第二排气焓值h2′和第二冷凝器焓值h3′，其中，所述第二频率f2为所述压缩机由所述第一频率f1变频后的频率，所述第二吸气焓值h1′、所述第二排气焓值h2′和所述第二冷凝器焓值h3′依次分别为所述吸气管路的焓值、所述排气管路的焓值和所述冷凝出管的焓值；

根据所述第二吸气焓值h1′、所述第二排气焓值h2′和所述第二冷凝器焓值h3′确定第二COP；以及

根据所述第一频率f1和所述第二频率f2的大小关系、所述第一COP和所述第二COP的大小关系调节所述第二频率f2。

2.根据权利要求1所述的变频系统的控制方法，其特征在于，确定所述第一COP包括采用以下公式确定：COP1＝(h2-h3)/(h2-h1)，其中，COP1为所述第一COP。

3.根据权利要求1所述的变频系统的控制方法，其特征在于，调节所述第二频率f2包括：

当f1<f2且COP1≤COP2时，增大所述第二频率f2；

当f1<f2且COP1>COP2时，减小所述第二频率f2；

当f1>f2且COP1>COP2时，增大所述第二频率f2；以及

当f1>f2且COP1≤COP2时，减小所述第二频率f2。

4.根据权利要求3所述的变频系统的控制方法，其特征在于，

当f1<f2且COP1>COP2时，减小所述第二频率f2至第三频率f3，其中，f3<f1；

当f1>f2且COP1>COP2时，增大所述第二频率f2至第四频率f4，其中，f4>f1。

5.根据权利要求1所述的变频系统的控制方法，其特征在于，在确定所述第一吸气焓值h1、所述第一排气焓值h2和所述第一冷凝器焓值h3之前，所述方法还包括：

当所述压缩机运行频率为所述第一频率f1时，判断所述变频系统是否稳定运行于所述第一频率f1，

其中，当所述变频系统稳定运行于所述第一频率f1时，确定所述变频系统的第一吸气焓值h1、第一排气焓值h2和第一冷凝器焓值h3。

6.根据权利要求5所述的变频系统的控制方法，其特征在于，判断所述变频系统是否稳定运行于所述第一频率f1包括：

当所述变频系统运行于所述第一频率f1时，检测所述变频系统持续运行于所述第一频率f1的时间；

判断检测到的时间是否达到预设的稳定运行时间；以及

当检测到的时间达到所述预设的稳定运行时间时，确定所述变频系统稳定运行于所述第一频率f1。

7.根据权利要求5所述的变频系统的控制方法，其特征在于，判断所述变频系统是否稳定运行于所述第一频率f1包括：

当所述变频系统运行于所述第一频率f1时，检测所述变频系统中的温度变化率；

判断检测到的温度变化率是否小于预设的第一稳定温度变化率；以及

当检测到的温度变化率小于所述第一稳定温度变化率时，确定所述变频系统稳定运行于所述第一频率f1，

其中，所述温度变化率为所述压缩机的吸气温度变化率、所述压缩机的排气温度变化率、所述变频系统冷凝器的出口温度变化率、所述冷凝器的中部温度变化率或所述变频系统蒸发器的温度变化率。

8.根据权利要求5所述的变频系统的控制方法，其特征在于，判断所述变频系统是否稳定运行于所述第一频率f1包括：

当所述变频系统运行于所述第一频率f1时，在第一时间段内检测第一平均温度；

在第二时间段内检测第二平均温度；

判断所述第一平均温度与所述第二平均温度之间的差值是否小于预设的第二稳定温度变化率；以及

当所述差值小于所述第二稳定温度变化率时，确定所述变频系统稳定运行于所述第一频率f1，

其中，所述第一平均温度为在所述第一时间段内所述压缩机的吸气温度平均值、所述压缩机的排气温度平均值、所述变频系统冷凝器的出口温度平均值、所述冷凝器的中部温度平均值或所述变频系统蒸发器的温度平均值，所述第二平均温度为在所述第二时间段内所述压缩机的吸气温度平均值、所述压缩机的排气温度平均值、所述变频系统冷凝器的出口温度平均值、所述冷凝器的中部温度平均值或所述变频系统蒸发器的温度平均值。

9.根据权利要求1所述的变频系统的控制方法，其特征在于，确定所述变频系统的第一吸气焓值h1、第一排气焓值h2和第一冷凝器焓值h3包括：

采集所述压缩机的吸气温度Ts、所述压缩机的排气温度Tp、所述冷凝器的出口温度Tsc；

获取所述变频系统的蒸发压力Pe和冷凝压力Pc；

根据所述吸气温度Ts和所述蒸发压力Pe确定所述第一吸气焓值h1；

根据所述排气温度Ts和所述冷凝压力Pc确定所述第一排气焓值h2；以及

根据所述出口温度Tsc和所述冷凝压力Pc、或者根据所述出口温度Tsc和所述出口温度Tsc对应的饱和压力Pm确定所述第一冷凝器焓值h3。

10.根据权利要求9所述的变频系统的控制方法，其特征在于，获取所述变频系统的蒸发压力Pe和冷凝压力Pc包括：

通过压力传感器采集所述蒸发压力Pe和所述冷凝压力Pc，

或者，

采集所述冷凝器的中部温度Tc和所述变频系统蒸发器的温度Te；

根据所述冷凝器的中部温度Tc确定所述冷凝压力Pc；以及

根据所述蒸发器的温度Te确定所述蒸发压力Pe。

11.一种变频系统的控制装置，其特征在于，包括：

第一确定模块，用于当变频系统的压缩机运行频率为第一频率f1时，确定所述变频系统的第一吸气焓值h1、第一排气焓值h2和第一冷凝器焓值h3，其中，所述第一吸气焓值h1、所述第一排气焓值h2和所述第一冷凝器焓值h3依次分别为所述压缩机吸气管路的焓值、所述压缩机排气管路的焓值和所述变频系统中冷凝出管的焓值；

第二确定模块，用于根据所述第一吸气焓值h1、所述第一排气焓值h2和所述第一冷凝器焓值h3确定第一COP；

第三确定模块，用于当所述压缩机运行频率为第二频率f2时，确定所述变频系统的第二吸气焓值h1′、第二排气焓值h2′和第二冷凝器焓值h3′，其中，所述第二频率f2为所述压缩机由所述第一频率f1变频后的频率，所述第二吸气焓值h1′、所述第二排气焓值h2′和所述第二冷凝器焓值h3′依次分别为所述吸气管路的焓值、所述排气管路的焓值和所述冷凝出管的焓值；

第四确定模块，用于根据所述第二吸气焓值h1′、所述第二排气焓值h2′和所述第二冷凝器焓值h3′确定第二COP；以及

调节模块，用于根据所述第一频率f1和所述第二频率f2的大小关系、所述第一COP和所述第二COP的大小关系调节所述第二频率f2。

12.根据权利要求11所述的变频系统的控制装置，其特征在于，所述第二确定模块采用以下公式确定所述第一COP：

COP1＝(h2-h3)/(h2-h1)，其中，COP1为所述第一COP。

13.根据权利要求11所述的变频系统的控制装置，其特征在于，所述调节模块包括：

第一调节子模块，用于当f1<f2且COP1≤COP2时，增大所述第二频率f2；

第二调节子模块，用于当f1<f2且COP1>COP2时，减小所述第二频率f2；

第三调节子模块，用于当f1>f2且COP1>COP2时，增大所述第二频率f2；以及

第四调节子模块，用于当f1>f2且COP1≤COP2时，减小所述第二频率f2。

14.根据权利要求11所述的变频系统的控制装置，其特征在于，所述装置还包括：

判断模块，用于当所述压缩机运行频率为所述第一频率f1时，在确定所述第一吸气焓值h1、所述第一排气焓值h2和所述第一冷凝器焓值h3之前，判断所述变频系统是否稳定运行于所述第一频率f1，

其中，所述第一确定模块还用于当所述变频系统稳定运行于所述第一频率f1时，确定所述变频系统的第一吸气焓值h1、第一排气焓值h2和第一冷凝器焓值h3。

15.一种变频系统，包括变频压缩机、蒸发器和冷凝器，其特征在于，还包括：

控制器，所述控制器包括权利要求11至14中任一项所述的控制装置，用于调节所述变频压缩机的频率。

16.根据权利要求15所述的变频系统，其特征在于，还包括：

第一温度传感器，与所述控制器相连接，用于采集所述压缩机的吸气温度Ts；

第二温度传感器，与所述控制器相连接，用于采集所述压缩机的排气温度Tp；

第三温度传感器，与所述控制器相连接，用于采集所述冷凝器的出口温度Tsc；

第一压力传感器，与所述控制器相连接，用于采集所述变频系统的蒸发压力Pe；以及

第二压力传感器，与所述控制器相连接，用于采集所述变频系统的冷凝压力Pc。

17.根据权利要求15所述的变频系统，其特征在于，还包括：

第一温度传感器，与所述控制器相连接，用于采集所述压缩机的吸气温度Ts；

第二温度传感器，与所述控制器相连接，用于采集所述压缩机的排气温度Tp；

第三温度传感器，与所述控制器相连接，用于采集所述冷凝器的出口温度Tsc；

第四温度传感器，与所述控制器相连接，用于采集所述冷凝器的中部温度Tc；以及

第五温度传感器，与所述控制器相连接，用于采集所述蒸发器的温度Te。

18.根据权利要求15所述的变频系统，其特征在于，所述变频系统为变频空气能热水器系统、变频单冷空调系统或变频热泵空调系统。