CN109297222A - 热泵热水机组控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种热泵热水机组控制方法，包括：确定热泵热水机组的输入功率函数P，P＝P(T0,Tc,qv,fc,fw)，其中，T0为环境温度，Tc为热泵热水机组进水温度，qv为水流量，fc为压缩机运行频率，fw为风机运行频率；根据热泵热水机组的工作状况对压缩机运行频率fc，风机运行频率fw，调频速率df以及开机关机顺序进行控制以减少热泵热水机组的输入功率变化。本发明能够在满足用户需求的前提下，尽可能的减少热泵热水机组的负荷突变，保证电网的安全稳定。

Description

热泵热水机组控制方法
技术领域
本发明属于热水热泵热水机组技术领域，具体涉及一种热泵热水机组控制方法。
背景技术
对于热泵热水工程，特别是对于有多个模块化机组的大型工程，热泵热水机组的负荷突变会对电网造成较大的冲击，具体表现为造成电压闪变，产生负序电流和谐波，破坏电网的稳定性，对热泵热水机组寿命和工程安全性均会带来负面影响。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题在于提供一种防止热泵热水机组工程发生负荷突变的热泵热水机组控制方法。
本发明提供了一种热泵热水机组控制方法，包括：
确定热泵热水机组的输入功率函数P，P＝P(T0,Tc,qv,fc,fw)，其中，T0为环境温度，Tc为热泵热水机组进水温度，qv为水流量，fc为压缩机运行频率，fw为风机运行频率；
根据热泵热水机组的工作状况对压缩机运行频率fc，风机运行频率fw，调频速率df以及开机关机顺序进行控制以减少热泵热水机组的输入功率变化。
优选地，环境温度T0由环境感温包测量得到。
优选地，热泵热水机组进水温度Tc由进水感温包测量得到。
优选地，qv＝qv(fs,d)，其中，fs为水泵的运行频率，d为电子温水阀的开度。
优选地，所述输入功率函数P在热泵热水机组的开发阶段通过试验数据和曲线拟合得出，并烧写入热泵热水机组的控制主板中。
优选地，对于单个机组，在热泵热水机组开/关机时，依据热泵热水机组的输入功率P，通过对压缩机运行频率fc、风机运行频率fw、以及调频速率df进行调节以减少热泵热水机组的输入功率变化。
优选地，对于单个机组，热泵热水机组制热/制冷水运行时，确定与热泵热水机组的当前功率P0最为接近的当前目标功率P1，当前目标功率P1对应的当前压缩机目标频率fc1和当前风机目标频率fw1则是当前目标频率，通过提前调节压缩机运行频率fc和风机运行频率fw，进而减小热泵热水机组的输入功率的变化。
优选地，对于单个机组和模块化机组，当热泵热水机组进入化霜时，控制主板依据当前功率P0和预计目标功率P，得到当前目标功率P1和当前压缩机目标频率fc1，关闭风机(60)后，热泵热水机组将以较高的调频速率df调节压缩机运行频率fc，从而减小热泵热水机组的功率变化。
优选地，对于单个机组和模块化机组，当热泵热水机组处于化霜运行时，确定与当前热泵热水机组的运行功率最为接近的当前目标功率P1，当前目标功率P1对应的当前压缩机目标频率fc1和当前风机目标频率fw1则是当前目标频率，通过提前调节压缩机运行频率fc和风机运行频率fw，进而减小热泵热水机组的输入功率的变化。
优选地，对于单个机组和模块化机组，当热泵热水机组退出化霜时，控制主板依据当前功率P0和预计目标功率，得到当前目标功率P1，当前压缩机目标频率fc1和当前风机目标频率fw1，风机(60)开启后，热泵热水机组以较高的调频速率df调节压缩机运行频率fc，从而配合风机运行频率fw的变化，减小热泵热水机组的输入功率的变化。
优选地，对于模块化机组，模块化开机/关机时，各热泵热水机组间隔t时间依次开/关机，避免多台热泵热水机组同时开机/关机，从而减小热泵热水机组的输入功率的变化。
本发明提供的热泵热水机组，对于单个机组，本发明通过对运行工况进行实时监测，从而根据P＝P(T0,Tc,qv,fc,fw)得出不同频率下机组功率的改变。在制热/制冷运行过程中，通过控制各个工况的频率点，从而找到功率波动最小的加热/制冷运行频率，甚至实现等功率加热/制冷水；在制热运行转化霜或化霜状态转制热时，通过控制压缩机频率和风机频率的提前变化以及调频速率df，尽可能的减少模式切换对工程总功率的影响，从而降低对电网的冲击。
对于模块化机组，本发明通过控制进行开机、关机动作的机组顺序和数量，并且结合单个机组的控制策略，极大的减小了机组在状态切换时的功率突变，降低对电网的冲击。
附图说明
图1示意性示出了本发明的热泵热水机组控制方法的流程图；
图2示意性示出了本发明的热泵热水机组模块化控制方法的流程图；
图3示意性示出了本发明的热泵热水机组的主视图。
附图标记表示为：
10、水箱；20、套管式冷凝器；30、压缩机；40、汽液分离器；50、蒸发器；60、风机；70、电子膨胀阀；80、过滤器。
具体实施方式
结合参见图1至图3所示，根据本发明的实施例，提供了一种热泵热水机组控制方法，本实施例中的热泵热水机组包括水箱10、套管式冷凝器20、压缩机30、汽液分离器40、蒸发器50、风机60、电子膨胀阀70以及过滤器80。水箱10和套管式冷凝器20的入水口之间设置有水泵(图中未示出)，水泵和套管式冷凝器20的入水口之间设置有电子温水阀(图中未示出)。
为了防止热泵热水机组工程的负荷突变对电网造成较大冲击，本实施例中热泵热水机组控制方法主要包括六个步骤：
1.在机组运行过程中，每隔2min，根据机组的实时运行参数，计算当前功率P0，P0＝P(T0,Tc,qv,fc,fw)；
2.根据机组运行模式，计算预计进水温度Tc1；
3.根据T0，Tc1，qv，和可能的压缩机运行频率fc，风机运行频率fw，计算所有的预计运行功率P，P＝P(T0，Tc1,qv,fc,fw)；
4.通过比较，将功率变化最小的预计运行功率P确定为当前目标功率P1，当前目标功率P1对应的当前压缩机目标频率fc1和当前风机目标频率fw1则是当前目标频率；
5.判断fc1/fc是否在许可的频率变化范围内，此处以[0.95,1.05]为例，如果频率变化不在此范围内，则将调频速率df赋值为1；否则赋值为0；
6.根据调频速率df调节压缩机运行频率fc和风机运行频率fw。
优选地，本实施例中的环境温度T0由环境感温包测量得到。热泵热水机组进水温度Tc由进水感温包测量得到。qv＝qv(fs,d)，其中，fs为水泵的运行频率，d为电子温水阀的开度，取值0～100％。
在任何工况下，将工况允许的压缩机运行频率fc、风机运行频率fw带入输入功率函数P＝P(T0,Tc,qv,fc,fw)中，即可得到热泵热水机组在不同运转频率下的实际运行功率。
对于单个机组：
(1)在热泵热水机组开/关机时：依据热泵热水机组的输入功率P＝P(T0,Tc,qv,fc,fw)，在任意工况下，通过对压缩机运行频率fc、风机运行频率fw、以及调频速率df的控制，减少热泵热水机组输入功率的急剧变化。
例如：热泵热水机组运行时，P(20,40,3,60,50)＝20kW，如果压缩机30突然关机，压缩机运行频率fc突变为0，则功率P(20,40,3,0,50)＝0.2kW，此时电网会承受约20kW的功率突变，必然会引起电网的冲击。如果控制压缩机运行频率fc首先以10Hz/min降低至30Hz，然后再以1Hz/s减小至0，风机运行频率fw随着压缩机运行频率fc的变化而变化，那么热泵热水机组输入功率的突变会缓和很多，对电网的冲击也会大幅度减少。
(2)热泵热水机组制热/制冷水运行时：由于水温一直处于变化之中，通过计算热泵热水机组在不同运转频率下的预计运行功率P，并与热泵热水机组的当前功率P0作对比，可以找到与当前功率最为接近的当前目标功率P1，当前目标功率P1对应的当前压缩机目标频率fc1和当前风机目标频率fw1则是当前目标频率。此时，通过提前调节压缩机运行频率fc和风机运行频率fw，可以最大化的减小热泵热水机组输入功率变化，甚至实现热泵热水机组等功率运行。
例如：热泵热水机组制热运行时，P(20,40,3,60,50)＝20kW，则当前功率P0＝20；而工况允许的所有压缩机运行频率fc、风机运行频率fw代入函数P＝P(20,40.1,3,fc,fw)，可以得到所有的预计运行功率，其中
P(20,40.1,3,56,50)＝20kW，因此当前目标功率P1＝20，当前压缩机目标频率fc1＝56和当前风机目标频率fw1＝50；由于因此赋值df＝1；热泵热水机组将以较高的调频速率df调节压缩机运行频率和风机运行频率，调节的过程中热泵热水机组的输入功率基本不变。需要说明的是，本实施例中的较高调频速率df是相对低而言的，如果调频速率df的调节范围分为0至10个，大于5的就称为较高的调频速率df。
(3)化霜的进入、运行和退出：
化霜进入：在制热水运行时，热泵热水机组翅片可能结霜，影响热泵热水机组吸热。热泵热水机组进入除霜后一般会关停风机，从而造成输入功率降低。因此热泵热水机组进入化霜时，控制主板会依据当前功率P0和预计目标功率P，得到当前目标功率P1和当前压缩机目标频率fc1，关闭风机60后，热泵热水机组将以较高的调频速率df调节压缩机运行频率fc，从而减小功率变化。
化霜运行：化霜运行的控制同制冷水运行。由于水温一直处于变化之中，通过计算热泵热水机组在不同运转频率下的预计运行功率P，并与热泵热水机组的当前功率P0作对比，可以找到与当前功率最为接近的当前目标功率P1，当前目标功率P1对应的当前压缩机目标频率fc1和当前风机目标频率fw1则是当前目标频率。此时，通过提前调节压缩机运行频率fc和风机运行频率fw，可以最大化的减小热泵热水机组输入功率变化，甚至实现热泵热水机组等功率运行。
化霜退出：热泵热水机组退出化霜时，控制主板依据当前功率P0和预计目标功率，得到当前目标功率P1，当前压缩机目标频率fc1和当前风机目标频率fw1，风机60开启后，热泵热水机组以较高的调频速率df调节压缩机运行频率fc，从而配合风机运行频率fw的变化，减小热泵热水机组的功率变化。
对于模块化机组：
(1)模块化开机关机时：通过设定的t时间的延迟，智能控制工程中执行开机、关机、调频(包括压缩机频率和风机频率)等动作的热泵热水机组顺序和数量，从而减少工程的负荷突变。实际上是避免多个热泵热水机组同时出现开机、关机等大的动作。热泵热水机组中的n台机组接到开机/关机命令时，按照热泵热水机组的编码由低到高(或其他顺序)，间隔t时间依次开机。各热泵热水机组延迟时间t是根据热泵热水机组从开机出现电网负荷变化到负荷稳定的时间决定的，时间由几秒到几十分钟不等，视工程的具体情况而定。避免多台热泵热水机组同时开启/关闭，电网电流急剧升高，产生较大的破坏性。
(2)模块化机组的化霜控制和单机运行策略同单一热泵热水机组的控制策略一致。化霜的进入、运行和退出：
化霜进入：在制热水运行时，热泵热水机组翅片可能结霜，影响热泵热水机组吸热。热泵热水机组自动除霜一般会关停风机，从而造成输入功率降低。因此热泵热水机组处于化霜进入模式时，控制主板会依据当前功率P0和预计目标功率P，得到当前目标功率P1和当前压缩机目标频率fc1，关闭风机60后，热泵热水机组将以较高的调频速率df调节压缩机运行频率fc，从而减小功率变化。
化霜运行：化霜运行的控制同制冷水运行。由于水温一直处于变化之中，通过计算热泵热水机组在不同运转频率下的预计运行功率，并与热泵热水机组的当前功率P0作对比，可以找到与当前功率最为接近的当前目标功率P1，当前目标功率P1对应的当前压缩机目标频率fc1和当前风机目标频率fw1则是当前目标频率。此时，通过提前调节压缩机运行频率fc和风机运行频率fw，可以最大化的减小热泵热水机组输入功率变化，甚至实现热泵热水机组等功率运行。
化霜退出：热泵热水机组退出化霜时，控制主板依据当前功率P0和预计目标功率，得到当前目标功率P1，当前压缩机目标频率fc1和当前风机目标频率fw1，风机60开启后，热泵热水机组以较高的调频速率df调节压缩机运行频率fc，从而配合风机运行频率fw的变化，减小热泵热水机组的功率变化。
本发明所描述的热泵热水机组仅仅是本发明所提出的控制策略的一种应用实例；应当理解，本发明所提出的控制策略同样适用于变频或可模块化的、具有类似结构的家用空调、中央空调、暖风机、冷风机、多联机、热泵采暖机、烘干机、除湿机等。
本发明中的输入功率函数P＝P(T0,Tc,qv,fc,fw)中的进水温度还可以被出水温度、水箱温度等可检测到的工程水温度替代。
本发明在热泵热水机组状态需要突变时，可通过设定的t时间的延迟，智能控制工程中执行开机、化霜、关机、调频(包括压缩机频率和风机频率)等动作的热泵热水机组顺序和数量，在满足用户需求的前提下，尽可能的减少工程的负荷突变，保证电网的安全稳定。
对于单个机组，本发明通过对运行工况进行实时监测，从而根据P＝P(T0,Tc,qv,fc,fw)得出不同频率下机组功率的改变。在制热/制冷运行过程中，通过控制各个工况的频率点(包括压缩机频率和风机频率)，从而找到功率波动最小的加热/制冷运行频率，甚至实现等功率加热/制冷；在制热运行转化霜或化霜状态转制热时，通过控制压缩机频率和风机频率的提前变化以及调频速率df，尽可能的减少模式切换对工程总功率的影响，从而降低对电网的冲击。
对于模块化机组，本发明通过控制进行开机、关机动作的机组顺序和数量，并且结合单个机组的控制策略，极大的减小了机组在状态切换时的功率突变，降低对电网的冲击。
本领域的技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各有利方式可以自由地组合、叠加。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (11)

1.一种热泵热水机组控制方法，其特征在于，包括：
确定热泵热水机组的输入功率函数P，P＝P(T0,Tc,qv,fc,fw)，其中，T0为环境温度，Tc为热泵热水机组进水温度，qv为水流量，fc为压缩机运行频率，fw为风机运行频率；
根据热泵热水机组的工作状况对压缩机运行频率fc，风机运行频率fw，调频速率df以及开机关机顺序进行控制以减少热泵热水机组的输入功率变化。
2.根据权利要求1所述的热泵热水机组控制方法，其特征在于，环境温度T0由环境感温包测量得到。
3.根据权利要求1所述的热泵热水机组控制方法，其特征在于，热泵热水机组进水温度Tc由进水感温包测量得到。
4.根据权利要求1所述的热泵热水机组控制方法，其特征在于，qv＝qv(fs,d)，其中，fs为水泵的运行频率，d为电子温水阀的开度。
5.根据权利要求1所述的热泵热水机组控制方法，其特征在于，所述输入功率函数P在热泵热水机组的开发阶段通过试验数据和曲线拟合得出，并烧写入热泵热水机组的控制主板中。
6.根据权利要求1所述的热泵热水机组控制方法，其特征在于，对于单个机组，在热泵热水机组开/关机时，依据热泵热水机组的输入功率P，通过对压缩机运行频率fc、风机运行频率fw、以及调频速率df进行调节以减少热泵热水机组的输入功率变化。
7.根据权利要求1所述的热泵热水机组控制方法，其特征在于，对于单个机组，热泵热水机组制热/制冷水运行时，确定与热泵热水机组的当前功率P0最为接近的当前目标功率P1，当前目标功率P1对应的当前压缩机目标频率fc1和当前风机目标频率fw1则是当前目标频率，通过提前调节压缩机运行频率fc和风机运行频率fw，进而减小热泵热水机组的输入功率的变化。
8.根据权利要求1所述的热泵热水机组控制方法，其特征在于，对于单个机组和模块化机组，当热泵热水机组进入化霜时，控制主板依据当前功率P0和预计目标功率P，得到当前目标功率P1和当前压缩机目标频率fc1，关闭风机(60)后，热泵热水机组将以较高的调频速率df调节压缩机运行频率fc，从而减小热泵热水机组的功率变化。
9.根据权利要求1所述的热泵热水机组控制方法，其特征在于，对于单个机组和模块化机组，当热泵热水机组处于化霜运行时，确定与当前热泵热水机组的运行功率最为接近的当前目标功率P1，当前目标功率P1对应的当前压缩机目标频率fc1和当前风机目标频率fw1则是当前目标频率，通过提前调节压缩机运行频率fc和风机运行频率fw，进而减小热泵热水机组的输入功率的变化。
10.根据权利要求1所述的热泵热水机组控制方法，其特征在于，对于单个机组和模块化机组，当热泵热水机组退出化霜时，控制主板依据当前功率P0和预计目标功率，得到当前目标功率P1，当前压缩机目标频率fc1和当前风机目标频率fw1，风机(60)开启后，热泵热水机组以较高的调频速率df调节压缩机运行频率fc，从而配合风机运行频率fw的变化，减小热泵热水机组的输入功率的变化。
11.根据权利要求1所述的热泵热水机组控制方法，其特征在于，对于模块化机组，模块化开机/关机时，各热泵热水机组间隔t时间依次开/关机，避免多台热泵热水机组同时开机/关机，从而减小热泵热水机组的输入功率的变化。
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