CN110513930B - 空气源热泵机组变频压缩机加减载控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及空气源热泵机组中变频压缩机的控制技术，其公开了一种空气源热泵机组变频压缩机加减载控制方法，从而快速适应系统的变化，减小到达设定温度后的波动趋稳时间，更加精确和准确地控制压缩机的加减载。该控制方法包括：a.根据检测的当前实际水温与目标水温的差值确定当前对应的加减载幅度区间，加减载幅度区间预先划分，不同的区间具有不同的加减载初始值；b.以固定时间长度为一个周期，连续检测每个周期的实际水温变化率；c.基于确定的当前对应的加减载幅度区间和检测的当前周期实际水温变化率，利用加减载函数关系式计算压缩机加减载的幅度；d.根据计算出来的压缩机加减载的幅度对压缩机当前频率进行对应加减载调节。

Description

空气源热泵机组变频压缩机加减载控制方法
技术领域
本发明涉及空气源热泵机组中变频压缩机的控制技术，具体涉及一种空气源热泵机组变频压缩机加减载控制方法。
背景技术
利用冷媒与空气强制对流换热，向用户提供所需的冷水或者热水的热泵系统在工业和生活中均有大量应用。由于变频压缩机相比定频压缩机具有更小的启动电流，可以实现更灵活更节能的加减载控制等优点，被越来越多地应用于空气源热泵系统中。变频压缩机根据机组状态的控制方式具有多样化的特点，若未设计出一个较好的控制方法，则会让变频压缩机灵活调节和更加节能的优点大打折扣。
目前，行业内对空气源热泵机组中变频压缩机加减载的控制方式主要有以下两种：
(1)根据实际出水温度与用户设定的水温差值来控制压缩机加减载；
(2)根据实际出水温度与用户设定的水温差值、实际出水温度与前一个控制周期出水温度差值作为两个变量来计算压缩机频率变化，从而控制压缩机的加减载。
上述第一种控制方式存在控制不够精确，容易造成压缩机反复加减载直至最后动态稳定的问题，控制周期长，能源浪费较多。第二种控制方式虽比前者更加严密，但两个变量在实际多变的工况中变化趋势并不一致，有可能出现计算结果不准确的情况。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提出一种空气源热泵机组变频压缩机加减载控制方法，从而快速适应系统的变化，减小到达设定温度后的波动趋稳时间，更加精确和准确地控制压缩机的加减载。
本发明解决上述技术问题采用的技术方案是：
空气源热泵机组变频压缩机加减载控制方法，包括以下步骤：
a.根据检测的当前实际水温与目标水温的差值确定当前对应的加减载幅度区间，所述加减载幅度区间预先划分，不同的区间具有不同的加减载初始值；
b.以固定时间长度为一个周期，连续检测每个周期的实际水温变化率；
c.基于步骤a确定的当前对应的加减载幅度区间和步骤b检测的当前周期实际水温变化率，利用加减载函数关系式计算压缩机加减载的幅度；
d.根据步骤c计算出来的压缩机加减载的幅度对压缩机当前频率进行对应加减载调节。
作为进一步优化，步骤a之前还包括步骤：
a0.根据实际水温和目标水温的差值与预设的压缩机启动阈值进行比较，若所述差值小于压缩机启动阈值，则压缩机进入待机模式，返回步骤a0；若所述差值大于或等于压缩机启动阈值，才启动压缩机，并进入步骤a。
在本方案中，当实际水温与目标水温的差值小于压缩机启动阈值时，此时压缩机没有必要启动，实现节能，而只有在实际水温与目标水温的差值大于或等于压缩机启动阈值时，才执行加减载控制逻辑。
作为进一步优化，所述水温为出水温度或者回水温度。
本方案既能以实际出水温度与用户设定目标水温温度的温差确定加减载控制变化幅度的范围，根据机组实际出水温度与前一个控制周期的实际出水温度差的变化率来调整压缩机频率变化幅度；也可以以实际回水温度与用户设定目标回水温度的温差确定加减载控制变化幅度的范围，根据根据机组实际回水温度与前一个控制周期的实际回水温度差的变化率来调整压缩机频率变化幅度。
作为进一步优化，步骤a中，所述加减载幅度区间预先根据不同机组的实际情况来划分两个或两个以上的温差范围；每一个加减载幅度区间具有不同的加减载初始值，并且，区间对应的温差范围越大，则该区间的加减载初始值越大。
本方案中，可以机组的实际工况来划分多个温差范围，对应多个加减载幅度区间，从而适用于不同的机组。
作为进一步优化，步骤b中，所述每个周期的实际水温变化率的计算公式为：
x＝(ti-1-ti)/ti-1；
其中，x为实际水温变化率，ti为检测的当前周期的实际水温，ti-1为检测的前一个周期的实际水温,i为周期计数。
本方案中，通过计算各个周期的实际水温变化率来调整变频压缩机的加减载幅度，从而更加真实地反应机组对压缩机能力需求的实际状况，缩短机组趋于动态平衡的时间。
作为进一步优化，步骤c中，所述加减载函数关系式为：
y＝f(x)＝Cn-Kn(ti-1-ti)/ti-1；
其中，y为加减载的幅度，Cn为确定的当前加减载幅度区间对应的加减载的初始值，(ti-1-ti)/ti-1为当前周期实际水温变化率；Kn为确定的当前加减载幅度区间下实际水温变化率的系数值，n为划分的加减载幅度区间的个数。
本方案中，通过上述加减载函数关系式可以快速计算出在对应加减载幅度区间下的根据实际水温变化率确定的加减载幅度，从而快速适应系统变化。
作为进一步优化，该方法还包括：在变频压缩机启动后，若出现异常情况，则优先执行异常保护机制，所述异常保护机制包括：
若连续m个周期内检测到实际水温变化率高于设定的变化率阈值，则系统判定出现缺水故障，则发送故障代码并进行降频或停机保护，m为≥2的自然数；
或者，若检测到系统压力高于设定的压力阈值或者排气温度高于设定的排气温度阈值，则进行限频、降频或停机保护；
通过异常保护机制可以在系统出现异常时，优先启用该异常保护机制对系统进行保护，在系统参数恢复正常后，才继续执行加减载控制逻辑。
作为进一步优化，所述m＝3。
本方案中，若m的数值设置太小，则可能出现缺水故障误判的情况，影响系统的正常工作，若m的数值设置太大，则可能出现不能及时检测缺水故障的情况，导致不能及时启用异常保护机制对系统进行保护；因此，m推荐取值3。但若不同厂家设置的数据采集周期不同，m应根据实际周期的长短适当减小或增大。
本发明的有益效果是：
(1)根据实际水温与用户设定水温温差确定加减载控制变化幅度的范围，根据机组当前周期检测的实际水温相对于前一个控制周期的实际水温的变化率来调整在对应变化幅度范围下的压缩机频率变化幅度，能够反应机组对压缩机能力需求的真实状态，从而缩短机组趋于动态平衡的时间，提高效率，减少能源浪费；
(2)在该控制方案中，参数设置灵活，方便根据不同的压缩机状态、不同的机组特性而修改各个参数值，实现该控制方案的普遍适用。
附图说明
图1为实施例中空气源热泵机组变频压缩机加减载控制方法流程图。
具体实施方式
本发明旨在提出一种空气源热泵机组变频压缩机加减载控制方法，从而快速适应系统的变化，减小到达设定温度后的波动趋稳时间，更加精确和准确地控制压缩机的加减载。其核心思想是：根据实际水温与用户设定水温温差确定加减载控制变化幅度的范围，根据机组当前周期检测的实际水温相对于前一个控制周期的实际水温的变化率来调整在对应变化幅度范围下的压缩机频率变化幅度，以达到不同机组负荷下压缩机加减载不同的变化率，根据系统的变化自动调整压缩机频率，快速适应变化，减小到达设定出水温度后的波动趋稳时间。
实施例：
本实施例以出水温度控制，假设机组制冷运行为例进行说明。如图1所示，本实施例的空气源热泵机组变频压缩机加减载控制方法包括以下实现手段：
1、待机检测：即检测实际出水与目标出水温度差异，并与设定的压缩机启动阈值A进行比较，当实际出水温度与目标出水温度的差值小于A值，则说明不需要启动压缩机，则压缩机进入待机模式。若大于或等于A值，则需要启动压缩机，按照下面的加减载控制逻辑执行。A值为一为正的常数，一般可以设定在1℃左右。
2、根据检测的当前实际出水温度与目标出水温度的差值B确定当前对应的加减载幅度区间，所述加减载幅度区间预先划分，不同的区间具有不同的加减载初始值；
在具体实现上，预先划分一定个数的加减载幅度区间，该加减载幅度区间以实际出水温度与目标出水温度的温差作为对象，即每一个加减载幅度区间实际上是一个温差区间，并为每一个加减载幅度区间设置一个加减载的初始值Ci(i＝1，2，3...)，则不同的加减载幅度区间对应不同的加减载初始值，区间对应的温差范围越大，则该区间的加减载初始值越大。明显地，区间的个数至少为一大于或等于2的自然数，每个区间的加减载初始值可以为一个大于或等于0的有理数。
推荐划分出5个温差区间作为加减载幅度区间，如表1所示。
表1：加减载幅度区间
Figure BDA0002192953470000041
在压缩机运行过程中，根据检测的当前实际出水温度和目标出水温度的差值可以确定对应上述表中的哪个加减载幅度区间，从而获得对应区间的加/减载初始值。以此初始值作为幅度变化计算的基础值。
3、检测实际出水温度变化率：
以固定时间长度为一个周期，连续检测每个周期内实际出水温度自身差值的变化率。
这里的实际出水温度差值的变化率为上一周期的实际出水温度与的本周期实际出水温度的差值与上一周期出水温度的比值，即：以x表示实际水温变化率，以ti表示检测的当前周期的实际水温，以ti-1表示检测的前一个周期的实际水温,i为周期计数。则有：x＝(ti-1-ti)/ti-1。
4、基于步骤2确定的当前对应的加减载幅度区间和步骤3检测的当前周期实际出水温度变化率，利用加减载函数关系式计算压缩机加减载的幅度；
y＝f(x)＝Cn-Kn(ti-1-ti)/ti-1；
其中，y为加减载的幅度，Cn为确定的当前加减载幅度区间对应的加减载的初始值，(ti-1-ti)/ti-1为当前周期实际出水温度变化率；Kn为确定的当前加减载幅度区间下实际出水温度变化率的系数值，n为划分的加减载幅度区间的个数。
在上述步骤1至4的计算中，一般情况下，加载区应为压缩机加载，其计算值为正。但如果实际出水温度的变化率过大，压缩机也可能进行减载。这是基于压缩机保护而设定的策略，因为水温变化率太快的话有可能是机组缺水。减载区则由于本身出水温度就低于目标设定出水温度，应保持减载，最低减载步数为0。
5、根据步骤4的计算值对压缩机的频率进行对应的加减载幅度调节，压缩机频率在进行一段时间的调节后，实际出水温度越来越接近目标水温，则会进入另外的温度区间，根据上述加减载函数关系式按照新的Cn、Kn取值进行控制。
6、异常情况的保护机制：
若连续m个周期内检测到实际水温变化率高于设定的变化率阈值，则系统判定出现缺水故障，则发送故障代码并进行降频或停机保护，m为≥2的自然数；通常取3；
或者，若检测到系统压力高于设定的压力阈值或者排气温度高于设定的排气温度阈值，则进行限频、降频或停机保护；
该异常保护机制的优先级最高，可以在系统出现异常时，优先启用该异常保护机制对系统进行保护，在系统参数恢复正常后，才继续执行加减载控制逻辑。
在按照上述加减载函数关系式执行加减载幅度控制之前，对于各个温度区间的初始加减载初始值Cn以及对应区间实际出水温度变化率的系数值Kn可以预先根据经验或推算来设定，设定好各参数值后，进行试验，通过观察实验过程中压缩机调节频率速率、不同进水温度下，逐渐趋近设定出水温度的时间以及不同压缩机频率对应的压缩机能力，实际出水温度的连续曲线是否平稳来优化完善各个参数。
需要说明的是，上述实施例是按照出水温度控制示例，若按照回水温度来控制，其原理也是类似的；同时，上述实施例仅为假设进行制冷运行，为用户或用户末端提供冷水为示例的，如果进行制热，其原理类似，温度差值应按照与制冷相反的计算来进行加减载控制。即制热时根据当前温差，应划分到温差区间中的加载还是减载还是保持区，温度差值的计算应为目标出水温度-实际出水温度。对本领域技术人员来说很容易在上述实施例基础上进行若干修改和改动。故凡是所有可能被利用的相应修改以及等同物，皆属于本发明保护范围。

Claims (6)

1.空气源热泵机组变频压缩机加减载控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
a.根据检测的当前实际水温与目标水温的差值确定当前对应的加减载幅度区间，所述加减载幅度区间预先划分，不同的区间具有不同的加减载初始值；
b.以固定时间长度为一个周期，连续检测每个周期的实际水温变化率；所述每个周期的实际水温变化率的计算公式为：
x＝(ti-1-ti)/ti-1
其中，x为实际水温变化率，ti为检测的当前周期的实际水温，ti-1为检测的前一个周期的实际水温,i为周期计数；
c.基于步骤a确定的当前对应的加减载幅度区间和步骤b检测的当前周期实际水温变化率，利用加减载函数关系式计算压缩机加减载的幅度；所述加减载函数关系式为：
y＝f(x)＝Cn-Kn(ti-1-ti)/ti-1；
其中，y为加减载的幅度，Cn为确定的当前加减载幅度区间对应的加减载的初始值，(ti-1-ti)/ti-1为当前周期实际水温变化率；Kn为确定的当前加减载幅度区间下实际水温变化率的系数值，n为划分的加减载幅度区间的个数；
d.根据步骤c计算出来的压缩机加减载的幅度对压缩机当前频率进行对应加减载调节。
2.如权利要求1所述的空气源热泵机组变频压缩机加减载控制方法，
其特征在于，步骤a之前还包括步骤：
a0.根据实际水温和目标水温的差值与预设的压缩机启动阈值进行比较，若所述差值小于压缩机启动阈值，则压缩机进入待机模式，返回步骤a0；若所述差值大于或等于压缩机启动阈值，才启动压缩机，并进入步骤a。
3.如权利要求1所述的空气源热泵机组变频压缩机加减载控制方法，
其特征在于，步骤a中，所述加减载幅度区间预先根据不同机组的实际情况来划分两个或两个以上的温差范围；每一个加减载幅度区间具有不同的加减载初始值，并且，区间对应的温差范围越大，则该区间的加减载初始值越大。
4.如权利要求1所述的空气源热泵机组变频压缩机加减载控制方法，
其特征在于，该方法还包括：在变频压缩机启动后，若出现异常情况，则优先执行异常保护机制，所述异常保护机制包括：
若连续m个周期内检测到实际水温变化率高于设定的变化率阈值，则系统判定出现缺水故障，则发送故障代码并进行降频或停机保护，m为≥2的自然数；
或者，若检测到系统压力高于设定的压力阈值或者排气温度高于设定的排气温度阈值，则进行限频、降频或停机保护。
5.如权利要求4所述的空气源热泵机组变频压缩机加减载控制方法，
其特征在于，所述m＝3。
6.如权利要求1-5任意一项所述的空气源热泵机组变频压缩机加减载控制方法，
其特征在于，所述水温为出水温度或者回水温度。
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