CN104238411A - 蓄能电炉的优化控制的智能装置及控制方法 - Google Patents

Abstract

一种蓄能电炉的优化控制的智能装置，该装置包括三相电流传感器、炉内温度和进出水温度的检测传感器、智能控制器和由它控制的多个单相开关以及与单相开关相连的负载回路，三相电流传感器、炉内温度和进出水的检测传感器均连接至智能控制器，由单相开关控制的负载回路分别加在各层电热元件的不同的相与相之间。本发明宜于节能和设备安全运行、有利于优化控制和快速高密度蓄能、冗余成本低，容错功能强，方便自诊断、可靠性高、无浪涌、无过压对电网无污染、体积小、性价比高。可以用于无人值守的场合。

Description

蓄能电炉的优化控制的智能装置及控制方法

技术领域

本发明提供一种蓄能电炉的优化控制的智能装置及控制方法，其涉及能源应用领域,尤其涉及电蓄能装置的优化控制领域。

背景技术

现有技术的蓄能电炉控制方法不能满足快速蓄能高密度蓄能和高可靠性的要求，中国专利申请号为201310597690.9，名称为“固体蓄热式风力发电装置及其控制方法”它加热丝采用串联控制方法可靠性差，它的电热元件阻值不同很难实现工业化生产，虽然能对电热功率进行控制，但无法实现高密度快速蓄能控制，难以实现容错控制，因此该方案很难推广应用。

发明内容

发明目的：本发明提供一种蓄能电炉的优化控制的智能装置及控制方法，其目的是解决以往的方式所存在的无法实现高密度快速蓄能控制的问题。

技术方案：本发明是通过以下技术方案来实现的：

一种蓄能电炉的优化控制的智能装置，其特征在于：该装置包括三相电流传感器、炉内温度和进出水温度的检测传感器、智能控制器和由它控制的多个单相开关以及与单相开关相连的负载回路，三相电流传感器、炉内温度和进出水的检测传感器均连接至智能控制器，由单相开关控制的负载回路分别加在各层电热元件的不同的相与相之间。

单相开关所控制的负载回路，有M个正常工作回路，N个备用回路，M≥3,N≥1,M和N是自然数，这些回路分别均匀的接在不同的相与相间。

三相电流传感器为用于检测该炉的三相电流和记录功率所消耗功率的多功能电表，炉内温度检测传感器为三个检测炉内不同温度的热电偶，进出水温度的检测传感器为两个分别检测进出水温度的热电阻；在该智能控制器还连接有通讯接口和用来记录蓄能电炉输出热能的超声波热能表；三个检测炉内不同温度的热电偶分别设置在炉内的上中下层检测上中下层的温度。

单相开关为无弧接触器。

利用上述的蓄能电炉的优化控制的智能装置所实施的蓄能电炉的优化控制方法，其特征在于：该方法的步骤如下：

利用智能控制器根据三相电流和接线方式控制开关的投切，从而达到三相平衡和系统的优化控制以及实现自诊断和容错控制的目的，由单相开关控制的负载回路分别加在不同的相与相之间或加在不同的相与相之间，通过智能控制器控制各个单相开关，把不同的负荷分别加到不同的相与相之间；

单相开关所控制的负载回路，有M个正常工作回路，N个备用回路，M≥3,N≥1,M和N是自然数，这些回路分别均匀的接在不同的相与相间；

在用户可变负荷要求精准控制的情况下，至少一个三相调功器或三个单相调功器，根据工艺要求可以把它们固定在指定的回路调节，也可以加在任何需要调节的回路实现进行调节，实现自适应控制； 

采用单相开关实现灵活的分相控制各层电热元件的加热，使温度控制均匀提高蓄能密度，投切蓄能电炉的情况下，可根据不同区域的温度和热功率，采取前馈控制特别灵活的将任何一路或几路投入加热，实现快速高密度蓄能，从而实现优化控制，这是以采用单相开关实现分相控制为基础的。

采用单相开关实现灵活的分相控制各层电热元件的加热，在实现温度控制均匀同时非常容易三相负荷平衡控制；

利用智能控制器根据不同区域的温度和热功率，采取前馈控制利用分相控制的灵活性将任何一路或几路投入加热，实现快速高密度蓄能，这是以采用单相开关实现分相控制为基础的；

智能控制器根据具体工况依据不同区域的温度、热功率、控制三相负荷平衡要求以及采取前馈控制利充分用分相控制可将任何一路或几路投入加热的灵活性，综合各种因素，可达到快速高密度蓄能目的,提高了电热转换速度和可靠性，从而实现了优化控制。

根据系统的三相电流和个电热元件的工作状态实现加热部件的自诊断，由于采用的冗余措施， 当M个正常工作回路中的任何一个回来出现问题时，都可以在N个备用回路选择最合适的回路来取代故障回来，从而实现了容错控制；

该方法的步骤如下：运行开始，利用智能控制器计算出要在底层区投入几个回路，中层投入几个回路，上层投入几个回路，然后依次由下往上投入电热元件，然后利用智能控制器同时根据检测的电流和无弧接触器的状态信号判断哪个支路故障，投入时电流不变化的支路断路，这样既实现了三相平衡又实现了容错控制，切断时与此相同，运行时故障可以通过主动投切来判断，当A和B电流相同说明C相电热元件有开路的，那么通过投切正在闭合状态的无弧接触器是否电流有无变化来判断，当然这些也能根据各个支路电流检测信号来判断，所选择的替代故障支路原则是三相平衡，从下往上、先工作支路后备用支路，平时根据当时的各层温度信号和智能控制器记录的各个支路投切情况来进行优化控制，当中层温度低时优先控制中层电热元件进行加热，在加热功率控制精度高的场合，采用一个三相调功器来根据差额功率进行闭环连续调节，以达到精确的控制，调功器可以加在固定回路上，也可以加在任何回路上，这取决于实际需要，所选择的调功器的功率应大于或等于一个回路即三个支路的功率；智能控制器根据出水温度设定值和检测的反馈值通过控制风机转速来实现对出水温度的闭环控制，同时根据出水温和热功率对加热功率进行前馈控制，以实现快速蓄能，通过对电热元件的分层控制，增加了蓄能密度，电热元件的分层控制是以分相控制为基础的。

智能控制器工作在风力发电、电力系统调度命令、峰谷平等不同的工作模式下，智能控制器通过串行通讯接口，与以太网接口或Modem接口或GPRS接口和短信模块进行连接。

智能控制器可以以单机和联机工作模式工作，当联机工作模式时，智能控制器通过串行通讯接口，与以太网接口或Modem接口或GPRS接口和短信模块进行连接。

优点及效果：本发明提供一种蓄能电炉的优化控制的智能装置及控制方法，本发明的目的是在控制系统高可靠性的前提下实现快速高密度蓄能。本发明至少包括三相电力系统的三相电流采样电路、炉内温度和进出水的检测传感器、智能控制器和由其控制的多个单相开关，智能控制器根据检测结果和设定的允许加热功率对相应的单相开关进行分别控制，使加在A和B,B和C，C和A相之间的电热丝的个数相同，保证了三相平衡；同时根据炉内不同层的温度决定投入那个部位的电热丝，使温度均匀，提高了蓄能密度；智能控制器根据设定的加热功率控制相应的电热丝快速投切，提高了响应速度；在控制精度要求高的场合功率差额部分由调功器进行闭环连续调节，保证了调节精度；调功器可以固定调节使某一回路也可以调节任何回路；当某个电热丝负载回路出现故障时根据电流变化和相应单相开关的反馈信号判断出是具体加热支路的故障实现了自诊断。然后根据当时的工况投入最佳的加热支路，它可以是没投入的工作支路也可以是备用支路，从而实现了优化控制和容错控制。智能控制器根据设定的加热功率同时控制多个单相开关的投切和调功器的连续调节，提高了系统响应速度。智能控制器可以根据触摸屏或DIP开关或通讯命令以峰谷平、太阳能、风力发电、电网调度指令等不同的工作模式工作。智能控制器可以根据触摸屏或DIP开关或通讯命令以单机、联机、手动、自动、半自动的工作方式工作。

本发明的特征是本装置具有通用性，在智能控制器内设有选择控制开关信号种类的DIP开关，从而使控制器所控制的开关可是有触点开关，也可是无触点开关，也可以是组合开关。

本装置还具有通讯接口，可与以太网接口或Modem接口或GPRS接口或短信模块进行连接，可实现装置本身的远程监控、诊断与调试。

具体优点如下：

1．本发明通过智能控制器控制不同单相开关可以方便的实现三相平衡控制，宜于节能和设备安全运行。   

2．本装置不同支路负荷可以灵活配置，有利于优化控制和快速高密度蓄能。

3．本装置不同相间的支路电气参数具有同一性，所以备用回路简单，冗余成本低，容错功能强，方便自诊断。

4.本装置的单相开关在采用无弧接触器的情况下，节能，可靠性高，无浪涌、无过压对电网无污染，体积小，性价比高。

5.本装置由于具有容错控制功能可以用于无人值守的场合。

6.本装置的通用性好、性价比高，具有很高应用价值。

7.本装置可与以太网接口或Modem接口或GPRS接口或短信模块进行连接，可实现远程监控、诊断与调试。

附图说明：

图1：是本发明的系统原理方框图。

图2：是本发明实施例的主回路接线图。

图3：是本发明的实施例的原理方框图。

图4为调功器设置图。

具体实施方式：

下面结合附图对本发明

一种蓄能电炉的优化控制的智能装置，该装置包括三相电流传感器、炉内温度和进出水温度的检测传感器、智能控制器和由它控制的多个单相开关以及与单相开关相连的负载回路，三相电流传感器、炉内温度和进出水的检测传感器均连接至智能控制器，由单相开关控制的负载回路分别加在各层电热元件的不同的相与相之间。

单相开关所控制的负载回路，有M个正常工作回路，N个备用回路，M≥3,N≥1,M和N是自然数，这些回路分别均匀的接在不同的相与相间。

三相电流传感器为用于检测该炉的三相电流和记录功率所消耗功率的多功能电表，炉内温度检测传感器为三个检测炉内不同温度的热电偶，进出水温度的检测传感器为两个分别检测进出水温度的热电阻；在该智能控制器还连接有通讯接口和用来记录蓄能电炉输出热能的超声波热能表；三个检测炉内不同温度的热电偶分别设置在炉内的上中下层检测上中下层的温度。

单相开关为无弧接触器。

利用上述的蓄能电炉的优化控制的智能装置所实施的蓄能电炉的优化控制方法，其特征在于：该方法的步骤如下：

利用智能控制器根据三相电流和接线方式控制开关的投切，从而达到三相平衡和系统的优化控制以及实现自诊断和容错控制的目的，由单相开关控制的负载回路分别加在不同的相与相之间或加在不同的相与相之间，通过智能控制器控制各个单相开关，把不同的负荷分别加到不同的相与相之间；

单相开关所控制的负载回路，有M个正常工作回路，N个备用回路，M≥3,N≥1,M和N是自然数，这些回路分别均匀的接在不同的相与相间；

在用户可变负荷要求精准控制的情况下，至少一个三相调功器或三个单相调功器，根据工艺要求可以把它们固定在指定的回路调节，也可以加在任何回路实现进行调节，实现自适应控制；

采用单相开关实现灵活的分相控制各层电热元件的加热，使温度控制均匀提高蓄能密度，投切蓄能电炉的情况下，可根据不同区域的温度和热功率，采取前馈控制特别灵活的将任何一路或几路投入加热，实现快速高密度蓄能，从而实现优化控制，这是以采用单相开关实现分相控制为基础的。

采用单相开关实现灵活的分相控制各层电热元件的加热，在实现温度控制均匀同时非常容易三相负荷平衡控制；

智能控制器根据不同区域的温度和热功率，采取前馈控制利用分相控制的灵活性将任何一路或几路投入加热，实现快速高密度蓄能，提高了电热转换速度和可靠性，从而实现了优化控制，这是以采用单相开关实现分相控制为基础的；

智能控制器根据具体工况依据不同区域的温度、热功率、控制三相负荷平衡要求以及采取前馈控制利充分用分相控制可将任何一路或几路投入加热的灵活性，综合各种因素，可达到快速高密度蓄能目的，从而实现了优化控制。

根据系统的三相电流和个电热元件的工作状态实现加热部件的自诊断，由于采用的冗余措施， 当M个正常工作回路中的任何一个回来出现问题时，都可以在N个备用回路选择最合适的回路来取代故障回来，从而实现了容错控制；

智能控制器工作在风力发电、电力系统调度命令、峰谷平等不同的工作模式下；智能控制器可以以单机和联机工作模式工作，当联机工作模式时，通过串行通讯接口，与以太网接口或Modem接口或GPRS接口和短信模块进行连接。

智能控制器可根据具体工况依据不同区域的温度、热功率、控制三相负荷平衡要求以及采取前馈控制利充分用分相控制可将任何一路或几路投入加热的灵活性，综合各种因素，可达到快速高密度蓄能目的，从而实现了优化控制。

当单相开关采用无弧接触器时，投切无浪涌，无过压，无谐波污染，低功耗、过载能和抗干扰力强、可靠性高、体积小，本身发热量极低，对环境温度要求不高，本身驱动功率低、和调功器相比价格低廉，具有极高的性价比。

本发明中根据系统的三相电流和多个电热元件的工作状态实现加热部件的自诊断。由于采用的冗余措施， 当M个正常工作回路中的任何一个回来出现问题时，都可以在N个备用回路选择最合适的回路来取代故障回来，从而实现了容错控制。智能控制器可以工作在风力发电、电力系统调度命令、峰谷平等不同的工作模式下。智能控制器可以以单机和联机工作模式工作。本方式可以用于无人值守的场合。

实施例图3是本发明的比较通用的具体实施方案的原理方框图：它包括一个柜体和柜内装有一个总开关、一块多功能、三个检测炉内不同温度的热电偶、两个分别进出水温度的热电阻、一块计量热能的热能表、一个智能控制器、三十个无弧接触器,1CW-30CW控制线圈的电压都是220VAC,。所述的多功能电表用于检测该炉的三相电流和记录功率所消耗的功率。所述的热能表用来记录输出的热能。所述的三个热电偶分别用于炉内检测上中下层的温度。所述的2个热电阻分别用来检测出水和回水温度。所述的热能表用来记录输出的热能。图中所示的1-30CW是无弧接触器的状态反馈信号，它可以是其辅助触点的状态信号，也可以是电流信号，辅助触点的状态信号一般直接接入智能控制器的DI输入端，电流信号一般通过网络方式与智能控制器通信，以降低硬件成本。所述的智能控制器的通信接口可以与其监控的设备通信也可以与不同炉子的控制系统通信以达到协调控制的目的，也可以与远程终端通信实现远程监控、诊断和调试。所述的通信接口可以与以太网接口模块或Modem模块或GPRS接口模块或短信模块连接。所述的无弧接触器1-30CW如图2所示分别将1、4、7、10、13、16、19、22、25、28CW接在A、B相中，分别将2、5、8、11、14、17、20、23、26、29CW接在B、C相中，3、6、9、12、15、18、21、24、27、30CW接在C、A相中。与无弧接触器所控制的对应的电热元件1-30R依次从下往上布置，1-27R为工作电热元件，1-9R在下层区，10-18R在中层区，19-27R在上层区，每个区可构成三个回路，每个回路由三个A、B；B、C；C、A三个支路构成。28-30R为热备用电热元件。28-30CW为控制热备用电热元件的无弧接触器。所述的智能控制器根据设定功率和个炉子的不同温度控制相应电热元件的投切。例如运行开始智能控制器计算出要在底层区投入3个回路，中层投入2个回路，上层投入1个回路则依次有下往上投入电热元件。即在底层区闭合第1、2、3和4、5、6及7、8、9支路；在中层区闭合第10、11、12和13、14、15支路；在上层区闭合第20、21、22和23、24、25支路。智能控制器同时根据检测的电流和无弧接触器的状态信号判断哪个支路故障，投入时电流不变化的支路断路，例如在投入第23个支路电流没变化这时切断该支路，投入相应B、C的临近支路26。这样既实现了三相平衡又实现了容错控制。切断时与此相同。运行时故障可以通过主动投切来判断，例如A和B电流相同说明C相电热元件有开路的，那么通过投切正在闭合状态的无弧接触器是否电流有无变化来判断，当然这些也都可根据各个支路电流检测信号来判断。所选择的替代故障支路原则是三相平衡，从下往上、先工作支路后备用支路。平时根据当时的各层温度信号和智能控制器记录的各个支路投切情况来进行优化控制。例如当中层温度低时优先控制中层电热元件进行加热。在加热功率控制精度高的场合，可以采用一个三相调功器来根据差额功率进行闭环连续调节，以达到精确的控制。调功器可以加在固定回路上，也可以加在任何回路上，这取决于实际需要。所选择的调功器的功率应大于或等于一个回路即三个支路的功率。所述的智能控制器根据出水温度设定值和检测的反馈值通过控制风机转速来实现对出水温度的闭环控制。同时根据出水温和热功率对加热功率进行前馈控制，以实现快速蓄能。通过对电热元件的分层控制，增加了蓄能密度。电热元件的分层控制是以分相控制为基础的。

Claims (10)

1.一种蓄能电炉的优化控制的智能装置，其特征在于：该装置包括三相电流传感器、炉内温度和进出水温度的检测传感器、智能控制器和由它控制的多个单相开关以及与单相开关相连的负载回路，三相电流传感器、炉内温度和进出水的检测传感器均连接至智能控制器，由单相开关控制的负载回路分别加在各层电热元件的不同的相与相之间。

2.根据权利要求1所述的蓄能电炉的优化控制的智能装置，其特征在于：单相开关所控制的负载回路，有M个正常工作回路，N个备用回路，M≥3,N≥1,M和N是自然数，这些回路分别均匀的接在不同的相与相间。

3.根据权利要求1所述的蓄能电炉的优化控制的智能装置，其特征在于：三相电流传感器为用于检测该炉的三相电流和记录功率所消耗功率的多功能电表，炉内温度检测传感器为三个检测炉内不同温度的热电偶，进出水温度的检测传感器为两个分别检测进出水温度的热电阻；在该智能控制器还连接有通讯接口和用来记录蓄能电炉输出热能的超声波热能表；三个检测炉内不同温度的热电偶分别设置在炉内的上中下层检测上中下层的温度。

4.根据权利要求1所述的蓄能电炉的优化控制的智能装置，其特征在于：单相开关为无弧接触器。

5.利用权利要求1所述的蓄能电炉的优化控制的智能装置所实施的蓄能电炉的优化控制方法，其特征在于：该方法的步骤如下：

利用智能控制器根据三相电流和接线方式控制开关的投切，从而达到三相平衡和系统的优化控制以及实现自诊断和容错控制的目的，由单相开关控制的负载回路分别加在不同的相与相之间或加在不同的相与相之间，通过智能控制器控制各个单相开关，把不同的负荷分别加到不同的相与相之间；

单相开关所控制的负载回路，有M个正常工作回路，N个备用回路，M≥3,N≥1,M和N是自然数，这些回路分别均匀的接在不同的相与相间；

在用户可变负荷要求精准控制的情况下，至少一个三相调功器或三个单相调功器，根据工艺要求可以把它们固定在指定的回路调节，也可以加在任何需要调节的回路实现进行调节，实现自适应控制； 

采用单相开关实现灵活的分相控制各层电热元件的加热，使温度控制均匀提高蓄能密度，投切蓄能电炉的情况下，可根据不同区域的温度和热功率，采取前馈控制特别灵活的将任何一路或几路投入加热，实现快速高密度蓄能，从而实现优化控制，这是以采用单相开关实现分相控制为基础的。

6.根据权利要求5所述的蓄能电炉的优化控制方法，其特征在于：采用单相开关实现灵活的分相控制各层电热元件的加热，在实现温度控制均匀同时非常容易三相负荷平衡控制。

7.根据权利要求5所述的蓄能电炉的优化控制方法，其特征在于：利用智能控制器根据不同区域的温度和热功率，采取前馈控制利用分相控制的灵活性将任何一路或几路投入加热，实现快速高密度蓄能，这是以采用单相开关实现分相控制为基础的；

智能控制器根据具体工况依据不同区域的温度、热功率、控制三相负荷平衡要求以及采取前馈控制利充分用分相控制可将任何一路或几路投入加热的灵活性，综合各种因素，可达到快速高密度蓄能目的,提高了电热转换速度和可靠性，从而实现了优化控制。

8.根据权利要求5所述的蓄能电炉的优化控制方法，其特征在于：根据系统的三相电流和个电热元件的工作状态实现加热部件的自诊断，由于采用的冗余措施， 当M个正常工作回路中的任何一个回来出现问题时，都可以在N个备用回路选择最合适的回路来取代故障回来，从而实现了容错控制。

9.根据权利要求5所述的蓄能电炉的优化控制方法，其特征在于：该方法的步骤如下：运行开始，利用智能控制器计算出要在底层区投入几个回路，中层投入几个回路，上层投入几个回路，然后依次由下往上投入电热元件，然后利用智能控制器同时根据检测的电流和无弧接触器的状态信号判断哪个支路故障，投入时电流不变化的支路断路，这样既实现了三相平衡又实现了容错控制，切断时与此相同，运行时故障可以通过主动投切来判断，当A和B电流相同说明C相电热元件有开路的，那么通过投切正在闭合状态的无弧接触器是否电流有无变化来判断，当然这些也能根据各个支路电流检测信号来判断，所选择的替代故障支路原则是三相平衡，从下往上、先工作支路后备用支路，平时根据当时的各层温度信号和智能控制器记录的各个支路投切情况来进行优化控制，当中层温度低时优先控制中层电热元件进行加热，在加热功率控制精度高的场合，采用一个三相调功器来根据差额功率进行闭环连续调节，以达到精确的控制，调功器可以加在固定回路上，也可以加在任何回路上，这取决于实际需要，所选择的调功器的功率应大于或等于一个回路即三个支路的功率；智能控制器根据出水温度设定值和检测的反馈值通过控制风机转速来实现对出水温度的闭环控制，同时根据出水温和热功率对加热功率进行前馈控制，以实现快速蓄能，通过对电热元件的分层控制，增加了蓄能密度，电热元件的分层控制是以分相控制为基础的。

10.根据权利要求5所述的蓄能电炉的优化控制方法，其特征在于：智能控制器工作在风力发电、电力系统调度命令、峰谷平等不同的工作模式下，智能控制器通过串行通讯接口，与以太网接口或Modem接口或GPRS接口和短信模块进行连接；智能控制器可以以单机和联机工作模式工作，当联机工作模式时，智能控制器通过串行通讯接口，与以太网接口或Modem接口或GPRS接口和短信模块进行连接。