CN108856271A - 电阻加热原位热脱附电力系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供了一种电阻加热原位热脱附电力系统及其控制方法，该系统包括：三相整流电路、单相逆变器、高频升压变压器、单相整流电路和三相逆变器；三相整流电路的输入端与交流电源连接，三相整流电路的输出端与单相逆变器的输入端连接，单相逆变器的输出端与高频升压变压器的输入端连接，高频升压变压器的输出端与单相整流电路的输入端连接，单相整流电路的输出端与三相逆变器的输入端连接，三相逆变器的输出端与加热电极井连接，加热电极井沿土壤深度方向埋设在目标区域的土壤内。通过单相逆变器提高频率，极大地降低了变压器的体积重量，进而减小了整个供能单元的体积，提高了电阻加热原位热脱附电力系统的功率密度。

Description

电阻加热原位热脱附电力系统及其控制方法

技术领域

本发明实施例涉及污染土壤原位修复技术领域，更具体地，涉及电阻加热原位热脱附电力系统及其控制方法。

背景技术

目前，原位热脱附技术主要应用于污染土壤的修复，原理是通过加热提高污染区域的温度，将土壤或地下水中的污染介质及其所含的污染物加热至沸点以上，以改变污染介质和污染物的物化性质，通过控制电力系统温度和加热时间有选择地促使污染物气化挥发，增加气相或者液相中污染物的浓度，提高液相抽出或气相抽提对污染物的去除率。相对于其它异位修复技术，原位热脱附技术具有成本低、耗时短、可同时处理多种污染物、对低渗透污染区及不均质污染区具有较强的适用性、适用土壤环境种类多、电力系统可移动、修复后的土壤可再利用等优点。因此，原位热脱附技术近年来在国内外得到了快速的发展与广泛的应用，已经成功的应用于修复氯代溶剂、石油烃类、苯系物类、无机汞等污染土壤。

根据热量传递方式及能量转化的不同，原位加热技术可分为3种，即蒸汽/热空气注入(Steam Air Injection,SAI)技术、热传导加热(Thermal Conductive Heating，TCH)技术、电阻加热(Electrical Resistance Heating，ERH)技术。现有技术中电阻加热方法通常是将加热电极埋设在土壤的污染区域，对加热电极井进行通电使电流流过饱和层或非饱和层介质对地下土壤进行加热，促使污染物挥发、溶解、分解或被微生物降解，并通过抽提系统将污染物或降解产生的废物抽出后进行达标排放，从而去除污染物。

ERH电力系统通过功率变换将电力网输入的原始电能转换为电压电流可调的三相交流电输送至加热电极，以实现地下温度的控制。作为ERH的核心单元，ERH电力系统需满足以下的需求：

使用成本方面，ERH技术需要地下土壤达到目标温度后持续一段时间，通常取决于初始污染物浓度、目标污染物浓度、孔隙度、地下水位、渗流速度和补给量等因素。一般持续加热时间为2-12个月，能耗极大。因此电力系统还应具备较高的电能转换效率与功率密度。除此之外，作为现场工程设备，电力系统还应具备轻量化、高功率密度的特点，以提高机动性性能。

加热效果方面，由于电阻存在趋肤效应，使得当前ERH技术在对土壤进行加热使土壤的纵向温度分布不均匀，导致电阻加热效率下降，加剧能耗损失。为此，电力系统还需能够保证地下电流的纵向均匀分布。

传统的ERH电力系统采用多抽头变压器或工频升压变压器配合斩波降压的方式进行电压调节。但是，多抽头变压器只能实现离散调压，且每次更换副边抽头需先断电，不能实现带电调压；工频升压变压器虽然能够实现带电调压，但工频变压器体积巨大。而且，二者均不具备保证地下电流纵向均匀分布的能力。

发明内容

为克服上述问题或者至少部分地解决上述问题，本发明实施例提供了一种电阻加热原位热脱附电力系统及其控制方法。

一方面，本发明实施例提供了一种电阻加热原位热脱附电力系统，包括：供能单元，所述供能单元包括三相整流电路、单相逆变器、高频升压变压器、单相整流电路和三相逆变器；

所述三相整流电路的输入端与交流电源连接，所述三相整流电路的输出端与所述单相逆变器的输入端连接，所述单相逆变器的输出端与所述高频升压变压器的输入端连接，所述高频升压变压器的输出端与所述单相整流电路的输入端连接，所述单相整流电路的输出端与所述三相逆变器的输入端连接，所述三相逆变器的输出端与加热电极井连接，所述加热电极井沿土壤深度方向埋设在目标区域的土壤内；

所述三相整流电路用于将所述交流电源提供的三相交流电转换为第一类直流电，所述单相逆变器用于提高所述第一类直流电的频率并将所述第一类直流电转换为单相交流电，所述高频升压变压器用于提高所述单相交流电的电压，所述单相整流电路用于将所述高频升压变压器输出的所述单相交流电转换为第二类直流电，所述三相逆变器用于将所述第二类直流电转换为目标三相交流电，所述目标三相交流电的频率可变，所述目标三相交流电用于为所述加热电极井供电。

另一方面，本发明实施例中还提供了一种电阻加热原位热脱附电力系统的控制方法，包括：

获取土壤表面的太阳照度、所述电阻加热原位热脱附电力系统中供能单元输出的电流值以及所述供能单元输出的电压值；

根据所述太阳照度、所述电流值和所述电压值，调整所述电阻加热原位热脱附电力系统中单相逆变器的参数和三相逆变器的参数，直至所述供能单元输出的功率值与目标区域的土壤内的功率需求值相同。

本发明实施例提供的电阻加热原位热脱附电力系统及其控制方法，系统包括：三相整流电路、单相逆变器、高频升压变压器、单相整流电路和三相逆变器；三相整流电路的输入端与交流电源连接，三相整流电路的输出端与单相逆变器的输入端连接，单相逆变器的输出端与高频升压变压器的输入端连接，高频升压变压器的输出端与单相整流电路的输入端连接，单相整流电路的输出端与三相逆变器的输入端连接，三相逆变器的输出端与加热电极井连接，加热电极井沿土壤深度方向埋设在目标区域的土壤内。本发明实施例中提供的电阻加热原位热脱附电力系统实际上是一种系统拓扑，由于传统的ERH电力系统的主升压变压器位于380V工频三相电的输入侧，但工频变压器体积巨大，导致ERH电力系统头重脚轻、设备臃肿，增加了施工现场安放难度，降低了机动性。因此本发明实施例中在网络拓扑中设置了单相逆变器、高频升压变压器、单相整流电路和三相逆变器，通过单相逆变器提高第一类直流电的频率，极大地降低了高频升压变压器的体积重量，进而减小了整个供能单元的体积，提高了电阻加热原位热脱附电力系统的功率密度。所以本发明实施例中的系统拓扑具备轻量化、高功率密度的特点。同时，由于系统中存在三相逆变器，可以使供能单元输出的目标三相交流电的频率可变，进而可以通过目标三相交流电为加热电极井供电可以实现加热电极井对土壤的均匀加热。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一实施例提供的一种电阻加热原位热脱附电力系统的结构示意图；

图2为本发明另一实施例提供的一种电阻加热原位热脱附电力系统的结构示意图；

图3为本发明另一实施例提供的一种电阻加热原位热脱附电力系统的结构示意图；

图4为本发明另一实施例提供的一种电阻加热原位热脱附电力系统的控制方法的流程示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明实施例的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明实施例中的具体含义。

由于传统的ERH电力系统采用多抽头变压器进行电压调节时，只能实现离散调压，且每次更换副边抽头需先断电，不能实现带电调压；采用工频升压变压器配合斩波降压的方式进行电压调节时虽然能够实现带电调压，但工频变压器体积巨大，而且二者均不具备控制地下电流纵向分布的能力。所以本发明基于ERH电力控制系统的需求，针对现有技术方案的弊端，提出了一种改进的电阻加热原位热脱附电力控制系统，整体体积小而且能够实现地下电流纵向均匀分布的能力。

如图1所示，本发明一实施例提供了一种电阻加热原位热脱附电力系统，包括：供能单元1，供能单元1包括三相整流电路11、单相逆变器12、高频升压变压器13、单相整流电路14和三相逆变器15。三相整流电路11的输入端与交流电源2连接，三相整流电路11的输出端与单相逆变器12的输入端连接，单相逆变器12的输出端与高频升压变压器13的输入端连接，高频升压变压器13的输出端与单相整流电路14的输入端连接，单相整流电路14的输出端与三相逆变器15的输入端连接，三相逆变器15的输出端与加热电极井3连接，加热电极井3沿土壤深度方向埋设在目标区域的土壤内。

三相整流电路11用于将交流电源2提供的三相交流电转换为第一类直流电，单相逆变器12用于提高第一类直流电的频率并将第一类直流电转换为单相交流电，高频升压变压器13用于提高单相交流电的电压，单相整流电路14用于将高频升压变压器13输出的单相交流电转换为第二类直流电，三相逆变器15用于将第二类直流电转换为目标三相交流电，目标三相交流电的频率可变，目标三相交流电用于为加热电极井供电。

具体地，本发明实施例中采用的交流电源通常为工业用电电源，具体可以输出电压为380V、频率为50Hz的三相交流电。三相交流电是由三个频率相同、电压振幅相等、相位差相差120°角的交流电路输出的电流。三相交流电经三相整流电路11的输入端输入至三相整流电路11内，经三相整流电路11整流后转换为直流电，这里为了与后面单相整流电路14输出的直流电进行区分，将经三相整流电路11整流后转换得到的直流电记为第一类直流电。三相整流电路是把三相交流电能转换为直流电的电路。本发明实施例中三相整流电路11由变压器、整流主电路和滤波器组成。

第一类直流电输入至单相逆变器12中，由单相逆变器12提高第一类直流电的频率并将第一类直流电转换为单相交流电，这里需要说明的是，由单相逆变器12输出的单相交流电是高频单相交流电。本发明实施例中选用的单相逆变器12可以将第一类直流电的频率提高至20kHz。本发明实施例中提高第一类直流电的频率的目的是为了减少整个供能单元的体积，这是因为，传统的电阻加热原位热脱附电力系统中，一般是直接将三相交流电输入至调压变压器中调节输出电压，同时保证高功率输出以为加热电极井供电。由于三相交流电的频率较低，为50Hz，而调压变压器在三相交流电的频率较低时实现调压功能以及高功率输出功能，则需要调压变压器具有很大的体积，例如，输出功率为100kW，则需要调压变压器的体积达到半个集装箱的大小，不仅增加了占地面积，不便于移动，而且还增加了成本。所以本发明实施例中在供能单元中加入单相逆变器12提高第一类直流电的频率，由于使得高频升压变压器很小进而可缩小整个供能单元的体积。

单相逆变器12是参数可调的逆变器，还可以通过调节参数进行单相逆变器12输出电压的调节，以实现大范围线性调压。单相逆变器12内的参数包括占空比，可以通过改变占空比的大小，调节单相逆变器12输出的单相交流电的电压。单相逆变器12调节电压时，由于占空比的取值范围为0-1，则单相逆变器12的作用实际上是在降压的基础上实现调节电压，即单相逆变器12输出的单相交流电的高频电压可变且小于第一类直流电的电压。

经单相逆变器12转换得到的单相交流电输入至高频升压变压器13，高频升压变压器13提高单相交流电的电压。这里需要说明的是，由于单相逆变器12具有降压的作用，降压的比例与单相逆变器12的占空比有关。所以需要高频升压变压器13对降压后得到的单相交流电进行升压，使得最后从供能单元输出的目标三相交流电的电压在0-200V范围内可调。本发明实施例中采用升压比固定的高频升压变压器13，作为优选方案，升压比的取值范围可以为1:2至1:5，本发明实施例中对此不做具体限定。由于最后从供能单元输出的目标三相交流电的电压在0-200V范围内可调，则最后从供能单元输出的目标三相交流电的电流也是可调，因而可以通过调节目标三相交流电的电压和电流，使供能单元的输出功率为定值，如此即使在地下土壤的电性随着加热时间的增加会出现变化，造成负载波动的情况下也可以实现恒功率输出。

高频升压变压器13输出的单相交流电输入至单相整流电路14中，由单相整流电路14将高频升压变压器13输出的单相交流电转换为第二类直流电。第二类直流电输入至三相逆变器15中，经三相逆变器15后将第二类直流电转换为目标三相交流电，三相逆变器15的作用是将频率固定的第二类直流电转换为频率可变的目标三相交流电。目标三相交流电的频率变化方式是扫频，即反复取遍0.5-100Hz中的每一频率值。

目标三相交流电用于为加热电极井3提供电能，加热电极井3沿土壤深度方向埋设在目标区域的土壤内，加热电极井3用于为目标区域的土壤进行加热，使土壤内的污染物气化排出，达到去除污染物清理土壤的作用，这里的目标区域是指需要去除污染物的区域。

由于电流存在趋肤效应，会使加热电极井在一定土壤内某一固定深度处的温度较高，而在其他深度处的温度较低，导致加热电极井对土壤加热不均匀。由于固定深度与施加在加热电极井上的目标三相交流电的频率有关，所以本发明实施例中通过三相逆变器将第二类直流电转换为频率可变的目标三相交流电。通过目标三相交流电为加热电极井供电可以实现加热电极井对土壤的均匀加热。

本发明实施例中提供的一种电阻加热原位热脱附电力系统，包括：三相整流电路、单相逆变器、高频升压变压器、单相整流电路和三相逆变器；三相整流电路的输入端与交流电源连接，三相整流电路的输出端与单相逆变器的输入端连接，单相逆变器的输出端与高频升压变压器的输入端连接，高频升压变压器的输出端与单相整流电路的输入端连接，单相整流电路的输出端与三相逆变器的输入端连接，三相逆变器的输出端与加热电极井连接，加热电极井沿土壤深度方向埋设在目标区域的土壤内。本发明实施例中提供的电阻加热原位热脱附电力系统实际上是一种系统拓扑，由于传统的ERH电力系统的主升压变压器位于380V工频三相电的输入侧，但工频变压器体积巨大，导致ERH电力系统头重脚轻、设备臃肿，增加了施工现场安放难度，降低了机动性。因此本发明实施例中在网络拓扑中设置了单相逆变器、高频升压变压器、单相整流电路和三相逆变器，通过单相逆变器提高频率，极大地降低了变压器的体积重量，进而减小了整个供能单元的体积，提高了电阻加热原位热脱附电力系统的功率密度。所以本发明实施例中的系统拓扑具备轻量化、高功率密度的特点。同时，由于系统中存在三相逆变器，可以使供能单元输出的目标三相交流电的频率可变，进而可以通过目标三相交流电为加热电极井供电可以实现加热电极井对土壤的均匀加热。

本发明实施例提供的系统采用双交直整流电路(即三相整流电路和单相整流电路)+三相逆变拓扑电路(即单相逆变器和三相逆变器)，该系统具有前后两级逆变器，前级逆变器负责实现升频且大范围线性调压，后级逆变器负责实现变频输出，两级逆变器分工明确，各司其职，同时采用高频开关(即单相逆变器)的使用能够大幅降低系统的体积重量，提高系统的功率密度。

在上述实施例的基础上，电阻加热原位热脱附电力系统还包括：水冷回路；

所述水冷回路包括第一水管和第二水管，所述第一水管的第一端与所述第二水管的第一端相连，所述第一水管的第二端与所述第二水管的第二端相连，所述第二水管的第二端设置有散热器和循环泵；

所述第一水管靠近所述供能单元设置，所述第二水管远离所述供能单元设置；所述第一水管中的水流用于吸收所述供能单元产生的热量，吸收所述热量的水流经所述散热器散热后降低温度，并经所述循环泵后经所述第二水管重新流入所述第一水管。

具体地，由于电力系统输出功率大，工作时间长。由于不可避免的损耗，供能单元1在工作期间会产生大量热量。所以本发明实施例通过水冷散热实现系统降温。

如图2所示，从图2中可以看出，电阻加热原位热脱附电力系统还包括：水冷回路4；水冷回路4包括第一水管41和第二水管42，第一水管41的第一端与第二水管42的第一端相连，第一水管41的第二端与第二水管42的第二端相连，第二水管42的第二端设置有散热器45和循环泵44。

第一水管41靠近供能单元1设置，第二水管42远离供能单元1设置。水流刚注入第一水管41时为温度较低，流经第一水管41可以吸收供能单元1产生的热量，吸收热量的水流经散热器45散热后降低温度，并经循环泵44后经第二水管42重新流入第一水管41。如此设置可以降低供能单元的温度，而且设置成水冷回路可以使注入第一水管41的水流得到循环利用，节约了能源，同时也降低了成本。

如图2所示，交流电源产生的三相交流电具有A、B和C三相，均分别通过供能单元1中的三相整流电路11、单相逆变器12、高频升压变压器13、单相整流电路14和三相逆变器15后转换为目标三相交流电，目标三相交流电具有三个供电级，分别为供电级U、供电级V和供电级W，分别对应目标三相交流电三相中的一相。供电级U、供电级V和供电级W分别与一加热电极井连接，其中与供电级U连接的加热电极井61、与供电级V连接的加热电极井62以及与供电级W连接的加热电极井63均设置在目标区域的土壤内。

在上述实施例的基础上，所述水冷回路还包括：第三水管，所述第三水管包括第一管段和第二管段，所述第一管段和所述第二管段连通，所述第一管段设置在所述目标区域的土壤内，所述第一水管和所述第二水管均与所述第二管段连通；

所述第一水管的第一端设置有入水管，所述入水管上设置有注水阀；所述第二管段上设置有注射阀；

所述第一水管中的水流经所述注射阀进入所述第二管段，提升所述目标区域的土壤的温度。

具体地，由于介质电阻率是影响ERH系统处理效果的最重要的因素，如果ERH系统安装在地下水位以上或者低渗透性土壤中，加热期间需要将水通过注射井注射到加热电极井附近的土壤内，以防止毗邻加热电极井的土壤被烘干。作为外部注入介质，较低的注射水温会降低ERH的加热速度，干扰加热进程。因此，本发明实施例中提出一种水冷散热余热回收系统。

如图2所示，水冷回路4还包括第三水管51，第三水管51包括第一管段和第二管段，第一管段和第二管段连通，第一管段设置在目标区域的土壤内，第一管段具体是设置在目标区域的土壤内的注射井8内，第一水管41和第二水管42均与第二管段连通；在第二管段上设置有注射阀52。本发明实施例中第二管段包括第一部分和第二部分，第一部分与第二管道在一条直线上，第二部分与第一部分垂直，且第一部分与第二部分连通。第一水管41的第一端设置有入水管，入水管上设置有注水阀43，注水阀43用于在第一水管和第二水管内水量较少时向第一水管和第二水管注入水，以保证第一水管和第二水管内的水量充足。需要说明的是，注水阀43和注射阀52并不是时时打开的，只有在需要时才打开，也就是说，只有在第一水管和第二水管内水量较少时才打开注水阀43，只有在目标区域的土壤内的水分较少时才需要打开注射阀52，以防止土壤被烘干。

由于第一水管41内水流的作用是吸收供能单元1产生的热量以降低供能单元1的温度，进而提高自身的温度，所以处于第一水管的第二端的水流温度较高，此时可以将时第一水管中的水流经注射阀52进入第二管段，沿第二管段进入第一管段，提升目标区域的土壤的温度，同时可以防止目标区域的土壤被烘干。

本发明所述余热回收方案，通过一路旁通的注射阀52将升温后的循环水导流到注射井8，其间通过注水阀43实现水补充。能够同时实现电力控制系统的有效散热与热注射功能。提高了电能利用率。

在上述实施例的基础上，如图2所示，电阻加热原位热脱附电力系统还包括：抽提管；抽提管的一端设置在目标区域的土壤内的抽提井9内，抽提管的另一端与净化设备10连接；抽提管用于将目标区域的土壤内的气化污染物导出至净化设备10。通过净化设备对气化污染物进行转化或消除，防止气化污染物直接进入大气造成二次污染。

在上述实施例的基础上，本发明实施例中采用的单相逆变器具体为基于脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation，PWM)的单相逆变器，三相逆变器为基于正弦脉宽调制(Sinusoidal PWM，SPWM)或空间矢量脉宽调制(Space Vector PWM，SVPWM)的三相逆变器。

基于PWM的单相逆变器能够实现大范围线性调压；基于SPWM的逆变技术，能够实现变频正弦化输出。特别地，后级逆变器还可采用基于SVPWM的逆变技术，不仅能够实现变频正弦化输出，还可提高系统的功率因数，增加电能转换效率，减少电能开销。

在上述实施例的基础上，如图2所示，电阻加热原位热脱附电力系统还包括：热电偶阵列7，热电偶阵列7中包括多个热电偶单元，所有热电偶单元均设置在一条直线上，且每两个热电偶单元之间的距离相同；

热电偶阵列7埋设在目标区域的土壤内，热电偶阵列7中所有热电偶单元所在的直线与加热电极井平行，即与图2中加热井61、62和63中的加热电极井平行。本发明实施例中，采用热电偶阵列7测量目标区域的土壤内不同深度处的温度值，以与三相逆变器15配合，保证经三相逆变器15变化频率后使土壤内不同深度处的温度值均相同，实现加热电极井对土壤的均匀加热。

在上述实施例的基础上，电阻加热原位热脱附电力系统还包括：跨步电压检测装置；

跨步电压检测装置设置在目标区域对应的土壤表面，且与加热电极井的水平距离为预设距离，用于测量预设距离处的跨步电压。

具体地，如图2所示，由于ERH系统的施工面积大，人员流动密集，由于跨步电压的存在会造成安全隐患，本发明实施例在系统中还加入了跨步电压检测装置16；跨步电压检测装置16设置在目标区域对应的土壤表面，且与加热电极井的水平距离为预设距离，用于测量预设距离处的跨步电压。同时系统中还加入了跨步电压保护电路，跨步电压保护电路中设置有预设跨步电压，当测量得到的跨步电压低于预设跨步电压时说明人处于系统内时是安全的，当测量得到的跨步电压高于预设跨步电压时说明人处于系统内时是危险的，此时系统将紧急停机，提高了施工安全系数。预设跨步电压可以根据需要进行设定，本发明实施例中可以设定为30V或36V。

在上述实施例的基础上，电阻加热原位热脱附电力系统，还包括：日照强度传感器、供能单元电流检测装置、供能单元电压检测装置和中央处理器；

所述日照强度传感器设置在所述土壤表面，用于测量所述土壤表面的太阳照度；所述供能单元电流检测装置与所述三相逆变器的输出端连接，用于测量所述供能单元输出的电流值；所述供能单元电压检测装置与所述三相逆变器的输出端连接，用于测量所述供能单元输出的电压值；

所述中央处理器分别与所述日照强度传感器、所述供能单元电流检测装置、所述供能单元电压检测装置、所述单相逆变器和所述三相逆变器连接，所述中央处理器用于根据所述太阳照度、所述电流值和所述电压值，调整所述单相逆变器的参数和所述三相逆变器的参数，直至所述供能单元输出的功率值与所述目标区域的土壤内的功率需求值相同。

具体地，传统的ERH电力系统地下土壤的电性随着加热时间的增加会出现变化，造成负载的波动。因此传统的ERH电力系统每隔一段时间需要人工校准。本发明实施例中在电力系统中引入供能单元电流检测装置、供能单元电压检测装置和中央处理器。通过中央处理器根据电压值和电流值动态的调节单相逆变器的参数和三相逆变器的参数，使供能单元输出的功率值与目标区域的土壤内的功率需求值相同。其中，单相逆变器的参数为单相逆变器的占空比，三相逆变器的参数为三相逆变器的输出频率参数。

本发明实施例中采用电压、电流双闭环电力系统，能够在负载波动的情况下实现恒功率输出，在此过程中由于引入中央处理器，并不需要人工参与，增加了系统的灵活性，同时降低了人力物力的消耗，而且可以增加整个电力系统的调节精度。

由于不同地区的环境温度、日照强度不同，使土壤达到相同目标温度所需供能单元的输出功率不同，所以本发明实施例中引入日照强度传感器，通过日照强度传感器对土壤表面的温度进行测量，中央处理器可根据土壤表面的温度对输出功率进行动态调整，提高了电能利用率。

如图3所示，电阻加热原位热脱附电力系统还包括：日照强度传感器17、供能单元电流检测装置19、供能单元电压检测装置18和中央处理器20。日照强度传感器17设置在目标区域的土壤表面，用于测量土壤表面的太阳照度；供能单元电流检测装置19与三相逆变器的输出端连接，用于测量供能单元输出的电流值；供能单元电压检测装置18与三相逆变器的输出端连接，用于测量供能单元输出的电压值。

中央处理器20分别与日照强度传感器17、供能单元电流检测装置19、供能单元电压检测装置18、单相逆变器和三相逆变器连接，中央处理器20用于根据日照强度传感器17测量得到的太阳照度、供能单元电流检测装置19测量得到的电流值和供能单元电压检测装置18测量得到的电压值，调整单相逆变器的参数和三相逆变器的参数，直至供能单元输出的功率值相同且与目标区域的土壤内的功率需求值相同。

需要说明的是，本发明实施例中采用现有技术中已知的中央处理器实现本发明实施例中的处理和控制功能。能够实现本发明实施例中处理和控制功能的中央处理器有多种，本发明实施例中仅以型号为TMS320F28335的数字信号处理器与控制器(DigitalSignal Processing，DSP)为例，但并不用来限定本发明实施例中采用的中央处理器的具体型号。

此外，本发明实施例中的中央处理器20还与热电偶阵列7连接，获取热电偶阵列测量得到的土壤内不同深度处的温度值，根据土壤内不同深度处的温度值调整三相逆变器的参数，使目标区域的土壤内不同深度处的温度值相同。本发明实施例中将土壤纵向的温度分布情况作为控制变量引入电力系统，能够实现对地下土壤温度的精细化控制。而且，通过比较地下土壤的纵向温度差异，结合本发明实施例提供的系统中的三相逆变器特有的变频输出功能，能够实现地下土壤的纵向温度值相同，实现加热电极井对不同深度处的土壤的均匀加热。

在上述实施例的基础上，中央处理器20还与跨步电压检测装置16和跨步电压保护电路连接，中央处理器20获取跨步电压检测装置16测量得到的跨步电压，将测量得到的跨步电压与跨步电压保护电路中设置的预设跨步电压进行比较，中央处理器20根据跨步电压检测装置16测量得到的跨步电压确定是否将电阻加热原位热脱附电力系统与交流电源断开。当测量得到的跨步电压低于预设跨步电压时说明人处于系统内时是安全的，此时中央处理器不做操作。当测量得到的跨步电压高于预设跨步电压时说明人处于系统内时是危险的，此时中央处理器控制跨步电压保护电路切断系统与交流电源的连接，将系统紧急停机，提高了施工安全系数。

在上述实施例的基础上，中央处理器20还与WiFi天线21通信连接，通过WiFi天线21将中央处理器20得到的数据实时传递至上位机22，使上位机22对数据进行存储，同时将实时数据与历史数据进行图形化显示。另外，中央处理器20还与GPS天线通信连接，以对上位机22进行时钟授权，使得每一实时数据以及历史数据可以对应一时刻，进而判断出异常数据对应的时刻。

本发明采用无线上位机对系统进行监控，使用GPS进行时钟授时，上位机具备实时数据与历史数据的图形化显示功能，增加了系统的安全系数与便捷性；除此之外，温升信息与电力信息作为重要的原始数据，对于后续的工程优化具有重要意义。

在上述实施例的基础上，由于中央处理器20的工作电压很小，通常为几伏，而供能单元的工作电压通常为380V左右，二者相差悬殊，为了实现中央处理器20对单相逆变器和三相逆变器的调节作用，本发明实施例中在中央处理器20与单相逆变器之间还设置有隔离驱动装置，在中央处理器20与三相逆变器之间同样设置有隔离驱动装置，隔离驱动装置用于将中央处理器和供能单元隔离，即将低压区和高压区分离，防止相互影响，实现独立工作。

如图4所示，在上述实施例的基础上，本发明实施例中还提供了一种电阻加热原位热脱附电力系统的控制方法，包括：

S1，获取土壤表面的太阳照度、所述电阻加热原位热脱附电力系统中供能单元输出的电流值以及所述供能单元输出的电压值；

S2，根据所述太阳照度、所述电流值和所述电压值，调整所述电阻加热原位热脱附电力系统中单相逆变器的参数和三相逆变器的参数，直至所述供能单元输出的功率值与目标区域的土壤内的功率需求值相同。

在上述实施例的基础上，电阻加热原位热脱附电力系统的控制方法还包括：

获取所述电阻加热原位热脱附电力系统中热电偶阵列测量得到的所述目标区域的土壤内不同深度处的温度值；

根据所述目标区域的土壤内不同深度处的温度值，调整所述三相逆变器的参数，以使所述目标区域的土壤内不同深度处的温度值相同。

具体地，本发明实施例中控制方法的执行主体为中央处理器，整个控制方法的操作流程与上述系统类实施例中中央处理器的功能及处理流程是一一对应的，本发明实施例中在此不再赘述。

以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种电阻加热原位热脱附电力系统，其特征在于，包括：供能单元，所述供能单元包括三相整流电路、单相逆变器、高频升压变压器、单相整流电路和三相逆变器；

所述三相整流电路的输入端与交流电源连接，所述三相整流电路的输出端与所述单相逆变器的输入端连接，所述单相逆变器的输出端与所述高频升压变压器的输入端连接，所述高频升压变压器的输出端与所述单相整流电路的输入端连接，所述单相整流电路的输出端与所述三相逆变器的输入端连接，所述三相逆变器的输出端与加热电极井连接，所述加热电极井沿土壤深度方向埋设在目标区域的土壤内；

所述三相整流电路用于将所述交流电源提供的三相交流电转换为第一类直流电，所述单相逆变器用于提高所述第一类直流电的频率并将所述第一类直流电转换为单相交流电，所述高频升压变压器用于提高所述单相交流电的电压，所述单相整流电路用于将所述高频升压变压器输出的所述单相交流电转换为第二类直流电，所述三相逆变器用于将所述第二类直流电转换为目标三相交流电，所述目标三相交流电的频率可变，所述目标三相交流电用于为所述加热电极井供电。

2.根据权利要求1所述的电阻加热原位热脱附电力系统，其特征在于，还包括：水冷回路；

所述水冷回路包括第一水管和第二水管，所述第一水管的第一端与所述第二水管的第一端相连，所述第一水管的第二端与所述第二水管的第二端相连，所述第二水管的第二端设置有散热器和循环泵；

所述第一水管靠近所述供能单元设置，所述第二水管远离所述供能单元设置；所述第一水管中的水流用于吸收所述供能单元产生的热量，吸收所述热量的水流经所述散热器散热后降低温度，并经所述循环泵后经所述第二水管重新流入所述第一水管。

3.根据权利要求2所述的电阻加热原位热脱附电力系统，其特征在于，所述水冷回路还包括：第三水管，所述第三水管包括第一管段和第二管段，所述第一管段和所述第二管段连通，所述第一管段设置在所述目标区域的土壤内，所述第一水管和所述第二水管均与所述第二管段连通；

所述第一水管的第一端设置有入水管，所述入水管上设置有注水阀；所述第二管段上设置有注射阀；

所述第一水管中的水流经所述注射阀进入所述第二管段，提升所述目标区域的土壤的温度。

4.根据权利要求1所述的电阻加热原位热脱附电力系统，其特征在于，所述单相逆变器具体为基于脉冲宽度调制的单相逆变器，所述三相逆变器为基于正弦脉宽调制或空间矢量脉宽调制的三相逆变器。

5.根据权利要求1所述的电阻加热原位热脱附电力系统，其特征在于，还包括：抽提管；

所述抽提管的一端设置在所述目标区域的土壤内，所述抽提管的另一端与净化设备连接；

所述抽提管用于将所述目标区域的土壤内的气化污染物导出至所述净化设备。

6.根据权利要求1所述的电阻加热原位热脱附电力系统，其特征在于，还包括：热电偶阵列，所述热电偶阵列中包括多个热电偶单元，所有所述热电偶单元均设置在一条直线上，且每两个所述热电偶单元之间的距离相同；

所述热电偶阵列埋设在所述目标区域的土壤内，所述直线与所述加热电极井平行；

所述热电偶阵列用于测量所述目标区域的土壤内不同深度处的温度值。

7.根据权利要求1所述的电阻加热原位热脱附电力系统，其特征在于，还包括：跨步电压检测装置；

所述跨步电压检测装置设置在所述目标区域的土壤表面，且与所述加热电极井的水平距离为预设距离，用于测量所述预设距离处的跨步电压。

8.根据权利要求1-7中任一项所述的电阻加热原位热脱附电力系统，其特征在于，还包括：日照强度传感器、供能单元电流检测装置、供能单元电压检测装置和中央处理器；

所述日照强度传感器设置在所述土壤表面，用于测量所述土壤表面的太阳照度；所述供能单元电流检测装置与所述三相逆变器的输出端连接，用于测量所述供能单元输出的电流值；所述供能单元电压检测装置与所述三相逆变器的输出端连接，用于测量所述供能单元输出的电压值；

所述中央处理器分别与所述日照强度传感器、所述供能单元电流检测装置、所述供能单元电压检测装置、所述单相逆变器和所述三相逆变器连接，所述中央处理器用于根据所述太阳照度、所述电流值和所述电压值，调整所述单相逆变器的参数和所述三相逆变器的参数，直至所述供能单元输出的功率值与所述目标区域的土壤内的功率需求值相同。

9.一种电阻加热原位热脱附电力系统的控制方法，其特征在于，包括：

获取土壤表面的太阳照度、所述电阻加热原位热脱附电力系统中供能单元输出的电流值以及所述供能单元输出的电压值；

根据所述太阳照度、所述电流值和所述电压值，调整所述电阻加热原位热脱附电力系统中单相逆变器的参数和三相逆变器的参数，直至所述供能单元输出的功率值与目标区域的土壤内的功率需求值相同。

10.根据权利要求9所述的电阻加热原位热脱附电力系统的控制方法，其特征在于，还包括：

获取所述电阻加热原位热脱附电力系统中热电偶阵列测量得到的所述目标区域的土壤内不同深度处的温度值；

根据所述目标区域的土壤内不同深度处的温度值，调整所述三相逆变器的参数，以使所述目标区域的土壤内不同深度处的温度值相同。