CN107844147A - 一种蓄能水箱最高控制温度的控制系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种蓄能水箱最高控制温度的控制系统及其控制方法，其控制系统包括蓄热水箱，所述蓄热水箱的入水口与电加热器的出水口通过管路连通，所述蓄热水箱的出水口与循环水泵连通，所述循环水泵的另一端与电加热器的回水口连通，所述电加热器的出水管中设置有电加热器出水温度传感器，所述电加热器的回水管中设置有电加热器回水温度传感器，所述电加热器出水温度传感器、电加热器回水温度传感器将测量温度传输到控制器中；其控制方法包括以下步骤：测定电加热器功率、启动加热器、测量蓄热水箱进出水温度、提升蓄热温度、停止蓄热。本发明减少了不必要的能耗，运行安全稳定，进而增加设备的使用寿命，减少人员操作。

Description

一种蓄能水箱最高控制温度的控制系统及其控制方法

技术领域

本发明属于电控系统领域，具体涉及一种蓄能水箱最高控制温度的控制系统及其控制方法。

背景技术

蓄热系统以电加热器及蓄热装置作为热源向用热单位提供热量。谷电时段，加热器产热为蓄热装置蓄热，平峰电时段，由蓄热装置对热用户供热。

蓄热末期，高温蓄热水进入加热器持续加热，水温如果升高到电加热器或者蓄热水箱内水的饱和温度，水大量气化，导致蓄热水箱或者电加热器内压力迅速升高，如果超过设备承压能力，设备会漏水甚至炸裂。因此，蓄热系统应设定安全温度，保证系统中各处的温度均不能超过饱和温度。电加热器加热水的过程中，为了使加热容器加热水温不超过安全限值，电加热器的进出水温度之间必须有一定差值，则蓄热水箱的出水温度不能提升到最高蓄热温度，所以蓄热水箱中的水温无法最大限度的提升。目前达到设定蓄热温度的方法是设定更高的卸载温度，但是卸载温度的增加意味着提高了水箱和加热器的承压要求，增加设备投资，同时存在安全隐患。

发明内容

本发明为解决现有技术存在的问题而提出，其目的是提供一种蓄能水箱最高控制温度的控制系统及其控制方法。

本发明的技术方案是：一种蓄能水箱最高控制温度的控制系统，包括蓄热水箱，所述蓄热水箱的入水口与电加热器的出水口通过管路连通，所述蓄热水箱的出水口与循环水泵连通，所述循环水泵的另一端与电加热器的回水口连通，所述电加热器的出水管中设置有电加热器出水温度传感器，所述电加热器的回水管中设置有电加热器回水温度传感器，所述电加热器出水温度传感器、电加热器回水温度传感器将测量温度传输到控制器中。

所述控制器实时测量电加热器中的实时电流和实时电压。

所述控制器控制电加热器的加热功率。

所述控制器包括分压器、模拟量输入输出模块、CPU模块、存储器、PID模块、通讯模块。

根据上述的一种蓄能水箱最高控制温度的控制系统的控制方法，包括以下步骤：

（ⅰ）测定电加热器功率

控制器实时采集电加热器中的实时电流和实时电压，并将测量值输送给控制器，控制器计算出电加热器的加热功率。

（ⅱ）启动加热器

低谷电初期，启动电加热器、循环水泵，为蓄热水箱蓄热。

（ⅲ）测量蓄热水箱进出水温度

低谷电时段初蓄热时，通过温度传感器测量电加热器进水、出水温度t₁、t₂，并计算温差Δt₁= t₂- t₁。

预设定电加热器的最高供热温度t_max，并记录Δt₂=t_max- t₁，

对比Δt₁、Δt₂的温度差。

（ⅳ）提升蓄热温度

蓄热过程，随着蓄热水箱蓄热温度的升高，电加热器的进水温度t₂逐渐增加，Δt₂逐渐减小，当Δt₂≤Δt₁时，电加热器的出水温度接近停机温度，此时通过控制器调节电加热器的加热功率，加热系统进入安全运行模式。

（ⅴ）停止蓄热

将电加热器的加热功率调节到最小加热至蓄热水温不再提升，此时，蓄热水箱的水温接近电加热器的最高出水温度，电加热器不再为蓄热水箱蓄热。

所述步骤（ⅲ）中低谷电时段初蓄热时，电加热器满负荷运行。

所述步骤（ⅲ）、步骤（ⅳ）、步骤中（ⅴ）中，循环水泵满流量运行。

所述蓄热水箱的入水口在低位，出水口在高位。

步骤（ⅳ）中安全运行模式下，电加热器的加热功率按照以下公式进行调节：

P/P_o=Δt₂/Δt₁

P^，=98%P

其中，P_o为满负荷运行时电加热器的加热功率；

P为安全模式下电加热器的计算加热功率；

P^，为安全模式下电加热器的实际加热功率。

所述步骤（ⅴ）停止蓄热，电加热器的功率调节到设备所能达到的最小值P^， _min时，温差Δt₂为P^， _min所对应的最小温差Δt_2min的1.02倍。

本发明的有益效果如下：

1.蓄热水箱的蓄热温度提升会使蓄热水的可利用温差提升。蓄热水箱热水可利用的温差每提升1%，蓄存的热量就能增加1%，每次蓄热可以节省5%的运行费用。所以提高蓄热水箱的可利用温差有很好的经济效益。

2.蓄热水箱蓄存的热量增加，可以提高谷电电网的运行效率，减小峰电电网的运行负担，减少污染物排放，减小电网的设计规模，具有很好的社会效益。

3.该发明及系统的实施减少了不必要的能耗，运行安全稳定，进而增加设备的使用寿命，减少人员操作。

4.这种控制方式可以用于集中电蓄热系统，也可以用于户式电蓄热系统，随着峰谷电价的实施，所带来的效益可以惠及到所有的供暖用户。

附图说明

图1是本发明中控制系统的连接示意图；

图2是本发明中控制方法的方法流程图；

其中：

1 电加热器 2 控制器

3 循环水泵 4 蓄热水箱

5 电加热器出水温度传感器

6 电加热器回水温度传感器。

具体实施方式

以下，参照附图和实施例对本发明进行详细说明：

如图1所示，一种蓄能水箱最高控制温度的控制系统，包括蓄热水箱4，所述蓄热水箱4的入水口与电加热器1的出水口通过管路连通，所述蓄热水箱4的出水口与循环水泵3连通，所述循环水泵3的另一端与电加热器1的回水口连通，所述电加热器1的出水管中设置有电加热器出水温度传感器5，所述电加热器1的回水管中设置有电加热器回水温度传感器6，所述电加热器出水温度传感器5、电加热器回水温度传感器6将测量温度传输到控制器2中。

所述控制器2实时测量电加热器1中的实时电流和实时电压。

所述控制器2控制电加热器1的加热功率。

所述控制器2包括分压器、模拟量输入输出模块、CPU模块、存储器、PID模块、通讯模块。

如图2所示，根据上述的一种蓄能水箱最高控制温度的控制系统的控制方法，包括以下步骤：

ⅰ测定电加热器功率S1

控制器2实时采集电加热器1中的实时电流和实时电压，并将测量值输送给控制器2，控制器2计算出电加热器1的加热功率。

ⅱ启动加热器S2

低谷电初期，启动电加热器1、循环水泵3，为蓄热水箱4蓄热。

ⅲ测量蓄热水箱进出水温度S3

低谷电时段初蓄热时，通过温度传感器测量电加热器1回水、出水温度t₁、t₂，并计算温差Δt₁= t₂- t₁；

预设定电加热器1的最高供热温度t_max，并记录Δt₂=t_max- t₁，

对比Δt₁、Δt₂的温度差。

ⅳ提升蓄热温度S4

蓄热过程，随着蓄热水箱4蓄热温度的升高，电加热器1的进水温度t₁逐渐增加，Δt₂逐渐减小，当Δt₂≤Δt₁时，电加热器1的出水温度接近停机温度，此时通过控制器2调节电加热器1的加热功率，加热系统进入安全运行模式。

ⅴ停止蓄热S5

将电加热器1的加热功率调节到最小加热至蓄热水温不再提升，此时，蓄热水箱4的水温接近电加热器1的最高出水温度，电加热器1不再为蓄热水箱4蓄热。

所述步骤ⅲ中低谷电时段初蓄热时，电加热器1满负荷运行。

所述步骤ⅲ、步骤ⅳ、步骤中ⅴ中，循环水泵3满流量运行。

所述蓄热水箱4的入水口低于出水口。

步骤ⅳ中安全运行模式下，电加热器1的加热功率按照以下公式进行调节：

P/P_o=Δt₂/Δt₁

P^，=98%P

其中，P_o为满负荷运行时电加热器的加热功率；

P为安全模式下电加热器的计算加热功率；

P^，为安全模式下电加热器的实际加热功率。

温差Δt₂不断减小的过程中，电加热器1的实际电功率通过控制器2随着上述公式中测定值的变化做适时调节。实际电功率为计算功率的98%，是为了保证一定的安全余量，防止设备停机保护。电加热器电功率的控制通过降低电压、降低电流、卸载电阻件等方式实现。

所述步骤ⅴ停止蓄热，电加热器1的功率调节到设备所能达到的最小值P^， _min时，温差Δt₂为P^， _min所对应的最小温差Δt_2min的1.02倍。

此时设备保持最小电功率运行，直至电加热器1停机保护。这种情况下，蓄热水箱4蓄存的热量达到最大值。

初蓄热阶段，系统满负荷运行，用温度传感器测量电加热器1的进水、回水温度，并将信号传递给控制器2。由于系统中流量不变，加热装置供热量不变，则其的进出水温差Δt₁是定值，蓄热水箱4的水温逐渐提升，加热装置最高供水温度t_max与其回水温度t₂之差Δt₂也在持续减小，将Δt₂传递到控制器，与Δt₁进行比较。

蓄热末期，Δt₂不再大于满负荷运行时的Δt₁时，启动安全运行模式，控制器开始按照上述公式控制加热装置的电功率。随着电功率的减小，Δt₂越来越小，水箱内的水温缓慢提升，越来越接近最高值t_max。

持续减小加热装置电功率，当电加热器1的功率调整到设备所能提供的最小电功率，并且电加热器已经停机保护时，蓄热水箱的温度已趋于t_max，停止蓄热。

本发明中蓄热水箱的蓄热温度提升会使蓄热水的可利用温差提升。蓄热水箱蓄存的热水可利用的温差每提升1%，蓄存的热量就能增加1%，每次蓄热可以节省5%的运行费用。所以提高蓄热水箱的可利用温差有很好的经济效益。

蓄热水箱蓄存的热量增加，可以提高谷电电网的运行效率，减小峰电电网的运行负担，减少污染物排放，减小电网的设计规模，具有很好的社会效益。

该发明及系统的实施减少了不必要的能耗，运行安全稳定，进而增加设备的使用寿命，减少人员操作。

这种控制方式可以用于集中电蓄热系统，也可以用于户式电蓄热系统，随着峰谷电价的实施，所带来的效益可以惠及到所有的供暖用户。

Claims (10)

1.一种蓄能水箱最高控制温度的控制系统，包括蓄热水箱（4），其特征在于：所述蓄热水箱（4）的入水口与电加热器（1）的出水口通过管路连通，所述蓄热水箱（4）的出水口与循环水泵（3）连通，所述循环水泵（3）的另一端与电加热器（1）的回水口连通，所述电加热器（1）的出水管中设置有电加热器出水温度传感器（5），所述电加热器（1）的进水管中设置有电加热器进水温度传感器（6），所述电加热器出水温度传感器（5）、电加热器进水温度传感器（6）将测量温度传输到控制器（2）中。

2.根据权利要求1所述的一种蓄能水箱最高控制温度的控制系统，其特征在于：所述控制器（2）实时测量电加热器（1）中的实时电流和实时电压。

3.根据权利要求2所述的一种蓄能水箱最高控制温度的控制系统，其特征在于：所述控制器（2）控制电加热器（1）的加热功率。

4.根据权利要求1所述的一种蓄能水箱最高控制温度的控制系统，其特征在于：所述控制器（2）包括分压器、模拟量输入输出模块、CPU模块、存储器、PID模块、通讯模块。

5.根据权利要求1所述的一种蓄能水箱最高控制温度的控制系统的控制方法，其特征在于：包括以下步骤：

（ⅰ）测定电加热器功率

控制器（2）实时采集电加热器（1）中的实时电流和实时电压，并将测量值输送给控制器（2），控制器（2）计算出电加热器（1）的加热功率；

（ⅱ）启动加热器

低谷电初期，启动电加热器（1）、循环水泵（3），为蓄热水箱（4）蓄热；

（ⅲ）测量蓄热水箱进出水温度

低谷电时段初蓄热时，通过温度传感器测量电加热器（1）进水、出水温度t₁、t₂，并计算温差Δt₁= t₂- t₁；

预设定电加热器（1）的最高供热温度t_max，并记录Δt₂=t_max- t₁，

对比Δt₁、Δt₂的温度差；

（ⅳ）提升蓄热温度

蓄热过程，随着蓄热水箱（4）蓄热温度的升高，电加热器（1）的进水温度t₁逐渐增加，Δt₂逐渐减小，当Δt₂≤Δt₁时，电加热器（1）的出水温度接近停机温度，此时通过控制器（2）调节电加热器（1）的加热功率，加热系统进入安全运行模式；

（ⅴ）停止蓄热

将电加热器（1）的加热功率调节到最小加热至蓄热水温不再提升，此时，蓄热水箱（4）的水温接近电加热器（1）的最高出水温度，电加热器（1）不再为蓄热水箱（4）蓄热。

6.根据权利要求5所述的一种蓄能水箱最高控制温度的控制方法，其特征在于：所述步骤（ⅲ）中低谷电时段初蓄热时，电加热器（1）满负荷运行。

7.根据权利要求5所述的一种蓄能水箱最高控制温度的控制方法，其特征在于：所述步骤（ⅲ）、步骤（ⅳ）、步骤中（ⅴ）中，循环水泵（3）满流量运行。

8.根据权利要求5所述的一种蓄能水箱最高控制温度的控制方法，其特征在于：所述蓄热水箱（4）的入水口低于出水口。

9.根据权利要求5所述的一种蓄能水箱最高控制温度的控制方法，其特征在于：步骤（ⅳ）中安全运行模式下，电加热器（1）的加热功率按照以下公式进行调节：

P/P_o=Δt₂/Δt₁

P^，=98%P

其中，P_o为满负荷运行时电加热器的加热功率；

P为安全模式下电加热器的计算加热功率；

P^，为安全模式下电加热器的实际加热功率。

10.根据权利要求9所述的一种蓄能水箱最高控制温度的控制方法，其特征在于：所述步骤（ⅴ）停止蓄热，电加热器（1）的功率调节到设备所能达到的最小值P^， _min时，温差Δt₂为P^， _min所对应的最小温差Δt_2min的1.02倍，蓄热系统持续运行，加热至蓄热水温不再提升。