CN111547091B - 一种轨道车辆变频空调的压缩机控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种轨道车辆变频空调的压缩机控制方法，在开关机控制时，不仅以温差作为判断条件，还增加了总运行时间或持续运行时间作为判断条件，使压缩机可以立即开启，且迅速进行能力输出，使客室内快速达到目标温度，实现了压缩机的启停与客室内实际需求的匹配；在运行频率的控制时，也增加了持续时间作为判断条件，根据客室内热负荷的变化不断调整压缩机的运行频率，使空调的输出能力达到最优，使客室内实际温度始终稳定在室内目标温度±1℃范围内，这样既可以减少压缩机的频繁开关造成客室温度波动现象，又可以使客室更加舒适和节能，同时使压缩机的运行频率与客室内实际需求匹配，减少了对压缩机寿命的影响。
Description
技术领域
本发明属于车辆空调控制技术领域，尤其涉及一种轨道车辆变频空调的压缩机控制方法。
背景技术
城市轨道或轻轨车辆一般存在车辆运行区间短，开关门频率较高以及载客量变化大而导致的车内热负荷变化大的问题。目前应用较多的空调压缩机控制方法为：通过客室内温度与目标温度之间的温差来确定压缩机的启停和/或运行频率。以单纯的温差作为压缩机启停和/或运行频率的判断条件，易造成压缩机的启停和/或运行频率与客室内实际需求不匹配的现象，且空调模式的频率转换导致客室内温差变化较大，频繁启停对压缩机的寿命也有较大的影响。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种轨道车辆变频空调的压缩机控制方法。
本发明是通过如下的技术方案来解决上述技术问题的：一种轨道车辆变频空调的压缩机控制方法，包括压缩机的开关机控制和运行频率控制；
所述开关机控制包括开机控制和关机控制，所述开机控制包括以下步骤：
如果Ti-Tic＜-3℃，则压缩机不开启；其中，Ti为室内实际温度，Tic为室内目标温度；
如果-3℃≤Ti-Tic＜0.5℃，则开启无故障且总运行时间最短的一台压缩机；
如果0.5℃≤Ti-Tic＜4℃，则开启无故障且总运行时间短的数量为一半的压缩机；
如果4℃≤Ti-Tic，则开启所有压缩机；
所述关机控制包括以下步骤：
如果1.5℃≤Tic-Ti＜2.5℃，且仅有一台压缩机在以最低频率运行，且该压缩机持续运行时间达到120S，则控制该压缩机关机；
如果2.5℃≤Tic-Ti＜4℃，且仅有一台压缩机在以最低频率运行，且该压缩机持续运行时间达到60S，则控制该压缩机关机；
如果4℃≤Tic-Ti，且仅有一台压缩机在以最低频率运行，且该压缩机持续运行时间达到10S，则控制该压缩机关机；
所述运行频率控制包括开机运行频率控制和开机后运行频率控制，所述开机运行频率控制包括以下步骤：
如果1℃≤Tic-Ti，则压缩机的开机运行频率为60Hz；
如果0.5℃≤Tic-Ti＜1℃，则压缩机的开机运行频率为55Hz；
如果0℃≤Tic-Ti＜0.5℃，则压缩机的开机运行频率为50Hz；
如果-0.5℃≤Tic-Ti＜0℃，则压缩机的开机运行频率为45Hz；
如果-1℃≤Tic-Ti＜-0.5℃，则压缩机的开机运行频率为40Hz；
如果Tic-Ti＜-1℃，则压缩机的开机运行频率为30Hz；
所述开机后运行频率控制包括以下步骤：
如果2℃≤Tic-Ti≤4℃，且持续时间大于30S，则控制总运行时间最短的压缩机的运行频率减小10Hz，如果达到室内目标温度，则不再控制其他压缩机的运行频率减小，否则继续控制其他压缩机的运行频率减小，直到达到室内目标温度；
如果1℃≤Tic-Ti＜2℃，且持续时间大于30S，则控制总运行时间最短的压缩机的运行频率减小5Hz，如果达到室内目标温度，则不再控制其他压缩机的运行频率减小，否则继续控制其他压缩机的运行频率减小，直到达到室内目标温度；
如果0℃≤Tic-Ti＜1℃，且持续时间大于60S，则控制总运行时间最短的压缩机的运行频率减小2Hz，如果达到室内目标温度，则不再控制其他压缩机的运行频率减小，否则继续控制其他压缩机的运行频率减小，直到达到室内目标温度；
如果有继续减小频率的要求，则在原压缩机运行数量的基础上停止一台压缩机运行，直至仅剩一台压缩机以30Hz的频率运行；
如果0℃＜Ti-Tic≤1℃，且持续时间大于60S，则控制总运行时间最短的压缩机的运行频率增加2Hz，如果达到室内目标温度，则不再控制其他压缩机的运行频率增加，否则继续控制其他压缩机的运行频率增加，直到达到室内目标温度；
如果1℃＜Ti-Tic≤2℃，且持续时间大于60S，则控制总运行时间最短的压缩机的运行频率增加5Hz，如果达到室内目标温度，则不再控制其他压缩机的运行频率增加，否则继续控制其他压缩机的运行频率增加，直到达到室内目标温度；
如果2℃＜Ti-Tic≤4℃，且持续时间大于60S，则控制总运行时间最短的压缩机的运行频率增加10Hz，如果达到室内目标温度，则不再控制其他压缩机的运行频率增加，否则继续控制其他压缩机的运行频率增加，直到达到室内目标温度；
如果4℃＜Ti-Tic，则所有压缩机开启，且以最大频率运行；
如果有继续增加频率的要求，则控制该压缩机维持70Hz的频率运行，且在原压缩机运行数量的基础上增加一台压缩机以50Hz的频率运行，直至所有压缩机全部开启且以70Hz的频率运行。
本发明的压缩机控制方法，在空调压缩机的开关机控制时，不仅以温差作为判断条件，还增加了总运行时间或持续运行时间作为判断条件，使压缩机可以立即开启，且迅速进行能力输出，使客室内快速达到目标温度，实现了压缩机的启停与客室内实际需求的匹配；在空调压缩机运行频率的控制时，不仅以温差作为判断条件，还增加了持续时间作为判断条件，根据客室内热负荷的变化不断调整压缩机的运行频率，使空调的输出能力达到最优，使客室内实际温度始终稳定在室内目标温度±1℃范围内，这样既可以减少压缩机的频繁开关造成客室温度波动现象，又可以使客室更加舒适和节能，同时使压缩机的运行频率与客室内实际需求匹配，减少了对压缩机寿命的影响。
进一步地，所述室内目标温度是根据室外环境温度和车内人员数量来实时计算的，具体计算表达式为：
Tic=24+0.25(Te-19)-0.01N，且24℃≤Tic≤28℃
其中，N为车内人员数量，Te为室外环境温度，Tic为室内目标温度。
相对于固定的目标温度来说，考虑到车内人员数量不同，体感温度不同，根据上述公式实时计算室内目标温度，对空调进行精确控制，既能保证旅客的舒适度，又有利于车辆节能。将室内目标温度限制在24℃与28℃之间是为了避免室内外温差大而引起的热冲击。
进一步地，所述车内人员数量是根据整车重量和空车重量来实时计算的，具体计算表达式为：
N=（W总-W空）/65
其中，W总为整车重量，W空为空车重量，N为车内人员数量。
实时获取整车重量，从而获取车内人员数量的实时值，根据车内人员数量的变化调节室内目标温度，再根据室内目标温度与室内实际温度之差来控制压缩机，既保证了旅客的舒适度，又实现了节能。整车重量的采样周期可以根据站与站之间的距离和车辆的速度来计算而设定，因为车辆只有在站台才会有车内人员数量的变化。
进一步地，所述压缩机的数量为N台，N台压缩机错时开启，避免了同时启动对辅助供电系统造成交流负载严重过载的问题。
进一步地，每台所述压缩机的开启时间为2s，开启顺序相邻的两台压缩机之间的错时时间为1s，即当前压缩机在2s内完成开启动作，再过1s后，下一台压缩机又在2s内完成开启动作。
有益效果
与现有技术相比，本发明所提供的一种轨道车辆变频空调的压缩机控制方法，在空调压缩机的开关机控制时，不仅以温差作为判断条件，还增加了总运行时间或持续运行时间作为判断条件，使压缩机可以立即开启，且迅速进行能力输出，使客室内快速达到目标温度，实现了压缩机的启停与客室内实际需求的匹配；在空调压缩机运行频率的控制时，不仅以温差作为判断条件，还增加了持续时间作为判断条件，根据客室内热负荷的变化不断调整压缩机的运行频率，使空调的输出能力达到最优，使客室内实际温度始终稳定在室内目标温度±1℃范围内，这样既可以减少压缩机的频繁开关造成客室温度波动现象，又可以使客室更加舒适和节能，同时使压缩机的运行频率与客室内实际需求匹配，减少了对压缩机寿命的影响。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一个实施例，对于本领域普通技术人员来说，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是本发明实施例中一种轨道车辆变频空调的压缩机控制方法的网络连接图。
图2是本发明实施例中压缩机错时启动的时序图。
具体实施方式
下面结合本发明实施例中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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的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。
如图1所示，本发明所提供的一种轨道车辆变频空调的压缩机控制方法，包括压缩机的开关机控制和运行频率控制；开关机控制包括开机控制和关机控制，运行频率控制包括开机运行频率控制和开机后运行频率控制。
空调控制系统根据室内实际温度和室内目标温度对压缩机的开关机以及运行频率进行控制，最终实现客室内实际温度趋于稳定运行，一般室内实际温度在室内目标温度+1℃范围内即为稳定运行。
以每节车厢设置2台压缩机为例，每节车厢的空调控制系统根据室内实际温度和室内目标温度控制该车厢内1台压缩机或2台压缩机的开启。空调控制系统需要启动压缩机进行制冷时，优先启动无故障且满足待机时间的压缩机，这样可使压缩机立即开启，迅速进行能力输出，其次一台压缩机运行时，由压缩机运行时间判断，优先开启运行时间短的压缩机。
1、开关机的控制
（1）开机控制
如果Ti-Tic＜-3℃，则两台压缩机均不开启；其中，Ti为室内实际温度，Tic为室内目标温度；
如果-3℃≤Ti-Tic＜0.5℃，则开启无故障且总运行时间最短的一台压缩机；
如果0.5℃≤Ti-Tic＜4℃，则开启无故障且总运行时间短的一台压缩机；
如果4℃≤Ti-Tic，则开启两台压缩机。
（2）关机控制
如果1.5℃≤Tic-Ti＜2.5℃，且仅有一台压缩机在以最低频率运行，且该压缩机持续运行时间达到120S，则控制该压缩机停机；
如果2.5℃≤Tic-Ti＜4℃，且仅有一台压缩机在以最低频率运行，且该压缩机持续运行时间达到60S，则控制该压缩机停机；
如果4℃≤Tic-Ti，且仅有一台压缩机在以最低频率运行，且该压缩机持续运行时间达到10S，则控制该压缩机停机。
2、对压缩机运行频率的控制
以压缩机运行频率范围为30-70 Hz为例，压缩机频率的调节是以单台为基准进行调节，且优先调节运行时间短的压缩机。
（1）对压缩机开机运行频率的控制
如果1℃≤Tic-Ti，则压缩机的开机运行频率为60Hz；
如果0.5℃≤Tic-Ti＜1℃，则压缩机的开机运行频率为55Hz；
如果0℃≤Tic-Ti＜0.5℃，则压缩机的开机运行频率为50Hz；
如果-0.5℃≤Tic-Ti＜0℃，则压缩机的开机运行频率为45Hz；
如果-1℃≤Tic-Ti＜-0.5℃，则压缩机的开机运行频率为40Hz；
如果Tic-Ti＜-1℃，则压缩机的开机运行频率为30Hz。
（2）对压缩机开机后运行频率的控制
如果2℃≤Tic-Ti≤4℃，且持续时间大于30S，则控制总运行时间最短的压缩机的运行频率减小10Hz，如果达到室内目标温度，则不再控制其他压缩机的运行频率减小10Hz，否则继续控制其他压缩机的运行频率减小10Hz（优先调节总运行时间短的压缩机的频率），直到达到室内目标温度；
如果1℃≤Tic-Ti＜2℃，且持续时间大于30S，则控制总运行时间最短的压缩机的运行频率减小5Hz，如果达到室内目标温度，则不再控制其他压缩机的运行频率减小5Hz，否则继续控制其他压缩机的运行频率减小5Hz，直到达到室内目标温度；
如果0℃≤Tic-Ti＜1℃，且持续时间大于60S，则控制总运行时间最短的压缩机的运行频率减小2Hz，如果达到室内目标温度，则不再控制其他压缩机的运行频率减小2Hz，否则继续控制其他压缩机的运行频率减小2Hz，直到达到室内目标温度；
如果有继续减小频率的要求，则在原压缩机运行数量的基础上停止一台压缩机运行，如果还有减小频率的要求，则继续停止一台压缩机运行，直至仅剩一台压缩机以30Hz的频率运行；
如果0℃＜Ti-Tic≤1℃，且持续时间大于60S，则控制总运行时间最短的压缩机的运行频率增加2Hz，如果达到室内目标温度，则不再控制其他压缩机的运行频率增加2Hz，否则继续控制其他压缩机的运行频率增加2Hz，直到达到室内目标温度；
如果1℃＜Ti-Tic≤2℃，且持续时间大于60S，则控制总运行时间最短的压缩机的运行频率增加5Hz，如果达到室内目标温度，则不再控制其他压缩机的运行频率增加5Hz，否则继续控制其他压缩机的运行频率增加5Hz，直到达到室内目标温度；
如果2℃＜Ti-Tic≤4℃，且持续时间大于60S，则控制总运行时间最短的压缩机的运行频率增加10Hz，如果达到室内目标温度，则不再控制其他压缩机的运行频率增加10Hz，否则继续控制其他压缩机的运行频率增加10Hz，直到达到室内目标温度；
如果4℃＜Ti-Tic，则所有压缩机开启，且以最大频率运行；
如果有继续增加频率的要求，则控制该压缩机维持70Hz的频率运行，且在原压缩机运行数量的基础上增加一台压缩机以50Hz的频率运行，如果还有增加频率的要求，则继续增加一台压缩机以50Hz的频率运行，直至所有压缩机全部开启且以70Hz的频率运行。
根据室内实际温度与室内目标温度之差的变化，调整压缩机的开关机以及压缩机的运行频率，使空调的输出能力达到最优，使室内实际温度始终稳定在室内目标温度±1℃范围内，既可以减少压缩机的开关造成客室温度波动现象，又可以使客室更加舒适和节能。本实施例中，总运行时间是指单台压缩机的总运行时间，持续运行时间是指单台压缩机的持续运行时间，持续时间是指客室内温差所持续的时间。
本实施例中，室内目标温度是根据室外环境温度和车内人员数量来实时计算的，具体计算表达式为：
Tic=24+0.25(Te-19)-0.01N，且24℃≤Tic≤28℃
其中，N为车内人员数量，Te为室外环境温度，Tic为室内目标温度。
相对于固定的目标温度来说，考虑到车内人员数量不同，体感温度不同，根据上述公式实时计算室内目标温度，对空调进行精确控制，既能保证旅客的舒适度，又有利于车辆节能。将室内目标温度限制在24℃与28℃之间是为了避免室内外温差大而引起的热冲击。
车内人员数量是根据整车重量和空车重量来实时计算的，具体计算表达式为：
N=（W总-W空）/65
其中，W总为整车重量，W空为空车重量，N为车内人员数量。
实时获取整车重量，从而获取车内人员数量的实时值，根据车内人员数量的变化调节室内目标温度，再根据室内目标温度与室内实际温度之差来控制压缩机，既保证了旅客的舒适度，又实现了节能。整车重量的采样周期可以根据站与站之间的距离和车辆的速度来计算而设定，因为车辆只有在站台才会有车内人员数量的变化。
每节车厢均设有空调控制系统，每个空调控制系统通过MVB网络与车辆控制系统通信连接，如果所有车厢的压缩机同时启动，则可能对辅助供电系统造成交流负载严重过载的现象。为了避免各节车厢空调机组的压缩机同时启动，需要通过车辆控制系统对空调机组压缩机进行错时启动控制。错时启动控制分动力单元进行，一个动力单元控制3节车厢的6台空调压缩机（以每节车厢2台压缩机为例），车辆控制系统按照每18秒为一个大周期进行循坏，每个周期内设置6个长度为2秒的时间窗口，分别对应6台空调压缩机。每台空调压缩机只能在属于自己的时间窗口时才能启动，其他时间则不允许启动。对于已经完成启动的空调压缩机，其停机过程不受该时间窗口的控制，可以根据室外环境温度条件或者控制指令随时停机。此外，制动系统空压机启动前会预先发出一个“空压机预启动”信号，车辆控制系统检测到该信号后将关闭所有空调的启动时间窗口，禁止一段时间内的所有空调的启动操作。
以每辆轨道车辆6节车厢为例，每节车厢配置两台空调压缩机，一个动力单元控制3节车厢的6台压缩机，6节车厢的编号为：TC-Mp-M-M-Mp-TC，3节车厢的6台压缩机错时启动的时序图如图2所示，一个启动周期为18S，在第一个2S的时间窗口，TC车厢的其中一台压缩机启动，1S后，在第二个2S的时间窗口，Mp车厢的其中一台压缩机启动，1S后，在第三个2S的时间窗口，M车厢的其中一台压缩机启动，1S后，在第四个2S的时间窗口，TC车厢的另一台压缩机启动，依次类推直到所有压缩机错时启动。
以上所揭露的仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或变型，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种轨道车辆变频空调的压缩机控制方法，其特征在于：包括压缩机的开关机控制和运行频率控制；所述开关机控制包括开机控制和关机控制，所述开机控制包括以下步骤：
如果Ti-Tic＜-3℃，则压缩机不开启；其中，Ti为室内实际温度，Tic为室内目标温度；
如果-3℃≤Ti-Tic＜0.5℃，则开启无故障且总运行时间最短的一台压缩机；
如果0.5℃≤Ti-Tic＜4℃，则开启无故障且总运行时间短的数量为一半的压缩机；
如果4℃≤Ti-Tic，则开启所有压缩机；
所述关机控制包括以下步骤：
如果1.5℃≤Tic-Ti＜2.5℃，且仅有一台压缩机在以最低频率运行，且该压缩机持续运行时间达到120S，则控制该压缩机关机；
如果2.5℃≤Tic-Ti＜4℃，且仅有一台压缩机在以最低频率运行，且该压缩机持续运行时间达到60S，则控制该压缩机关机；
如果4℃≤Tic-Ti，且仅有一台压缩机在以最低频率运行，且该压缩机持续运行时间达到10S，则控制该压缩机关机；
所述运行频率控制包括开机运行频率控制和开机后运行频率控制，所述开机运行频率控制包括以下步骤：
如果1℃≤Tic-Ti，则压缩机的开机运行频率为60Hz；
如果0.5℃≤Tic-Ti＜1℃，则压缩机的开机运行频率为55Hz；
如果0℃≤Tic-Ti＜0.5℃，则压缩机的开机运行频率为50Hz；
如果-0.5℃≤Tic-Ti＜0℃，则压缩机的开机运行频率为45Hz；
如果-1℃≤Tic-Ti＜-0.5℃，则压缩机的开机运行频率为40Hz；
如果Tic-Ti＜-1℃，则压缩机的开机运行频率为30Hz；
所述开机后运行频率控制包括以下步骤：
如果2℃≤Tic-Ti≤4℃，且持续时间大于30S，则控制总运行时间最短的压缩机的运行频率减小10Hz，如果达到室内目标温度，则不再控制其他压缩机的运行频率减小，否则继续控制其他压缩机的运行频率减小，直到达到室内目标温度；
如果1℃≤Tic-Ti＜2℃，且持续时间大于30S，则控制总运行时间最短的压缩机的运行频率减小5Hz，如果达到室内目标温度，则不再控制其他压缩机的运行频率减小，否则继续控制其他压缩机的运行频率减小，直到达到室内目标温度；
如果0℃≤Tic-Ti＜1℃，且持续时间大于60S，则控制总运行时间最短的压缩机的运行频率减小2Hz，如果达到室内目标温度，则不再控制其他压缩机的运行频率减小，否则继续控制其他压缩机的运行频率减小，直到达到室内目标温度；
如果有继续减小频率的要求，则在原压缩机运行数量的基础上停止一台压缩机运行，直至仅剩一台压缩机以30Hz的频率运行；
如果0℃＜Ti-Tic≤1℃，且持续时间大于60S，则控制总运行时间最短的压缩机的运行频率增加2Hz，如果达到室内目标温度，则不再控制其他压缩机的运行频率增加，否则继续控制其他压缩机的运行频率增加，直到达到室内目标温度；
如果1℃＜Ti-Tic≤2℃，且持续时间大于60S，则控制总运行时间最短的压缩机的运行频率增加5Hz，如果达到室内目标温度，则不再控制其他压缩机的运行频率增加，否则继续控制其他压缩机的运行频率增加，直到达到室内目标温度；
如果2℃＜Ti-Tic≤4℃，且持续时间大于60S，则控制总运行时间最短的压缩机的运行频率增加10Hz，如果达到室内目标温度，则不再控制其他压缩机的运行频率增加，否则继续控制其他压缩机的运行频率增加，直到达到室内目标温度；
如果4℃＜Ti-Tic，则所有压缩机开启，且以最大频率运行；
如果有继续增加频率的要求，则控制该压缩机维持70Hz的频率运行，且在原压缩机运行数量的基础上增加一台压缩机以50Hz的频率运行，直至所有压缩机全部开启且以70Hz的频率运行。
2.如权利要求1所述的压缩机控制方法，其特征在于：所述室内目标温度是根据室外环境温度和车内人员数量来实时计算的，具体计算表达式为：
Tic=24+0.25(Te-19)-0.01N，且24℃≤Tic≤28℃
其中，N为车内人员数量，Te为室外环境温度，Tic为室内目标温度。
3.如权利要求2所述的压缩机控制方法，其特征在于：所述车内人员数量是根据整车重量和空车重量来实时计算的，具体计算表达式为：
N=（W总-W空）/65
其中，W总为整车重量，W空为空车重量，N为车内人员数量。
4.如权利要求1所述的压缩机控制方法，其特征在于：所述压缩机的数量为N台，N台压缩机错时开启，避免了同时启动对辅助供电系统造成交流负载严重过载的问题。
5.如权利要求4所述的压缩机控制方法，其特征在于：每台所述压缩机的开启时间为2s，开启顺序相邻的两台压缩机之间的错时时间为1s。
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