CN112781290A - 热泵系统控制方法及热泵系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种热泵系统控制方法，包括：节流元件开度控制步骤，包括：根据压缩机的回气压力获取实际过热度，计算实际过热度与目标过热度的差值，为过热度偏差△SH；计算当前检测周期的实际过热度变化率△SH’；根据所述过热度偏差△SH和过热度变化率△SH’确定节流元件开度。本发明的热泵系统控制方法，利用压力检测不存在温度传感器的检测值漂移、测量滞后等缺陷，能够大大提高控制精度，保证各器件能够最大可能的按照系统设计要求进行控制，从而保证热泵产品各项性能指标能够更好的满足设计要求，同时在压力传感器故障时可以切换为温度传感器进行控制，提高了系统的可靠性。
Description
技术领域
本发明属于热泵技术领域，具体地说，涉及一种热泵系统控制方法及热泵系统。
背景技术
目前的热泵系统控制多采用温度传感器采集温度信号，由于温度传感器普遍存在热损失、温度偏移、测量值滞后等原因会导致采集到的温度信号存在一定的误差，尤其是在电子膨胀阀的调节方面，很小的误差都可能造成整机能力不达标的情况。
现有的热泵系统的风机运行方式不能根据机组的运行特性进行调节，无法使热泵系统时刻处于高效运行的状态，导致换热器的传热效率得不到有效发挥，进而影响机组的实际运行效果，无法满足能源发展和市场发展的双重需求，高效传热技术有待进一步开发和利用。
发明内容
本发明针对现有技术中热泵系统的控制依赖于温度传感器所检测的温度值，直接检测温度值存在误差大的问题，从而导致控制不准确的技术问题，提出了一种热泵系统控制方法，可以解决上述问题。
为实现上述发明目的，本发明采用下述技术方案予以实现：
一种热泵系统控制方法，包括：
节流元件开度控制步骤，包括：
根据压缩机的回气压力获取实际过热度，计算实际过热度与目标过热度的差值，为过热度偏差△SH；
计算当前检测周期的实际过热度变化率△SH’；
根据所述过热度偏差△SH和过热度变化率△SH’确定节流元件开度。
进一步的，所述实际过热度的计算方法为：
检测压缩机的回气压力Pm；
计算所述回气压力Pm所对应的饱和温度Tcm；
检测吸气温度Ts；
计算实际过热度SH＝Ts-Tcm；
所述目标过热度SHT1的获取方法为：
根据室外环境温度确定目标过热度初始值SHTH；
根据压缩机排气温度确定过热度修正值HV；
目标过热度SHT1＝SHTH+HV；
△SH＝SH-SHT1。
进一步的，过热度修正值HV的确定方法为：将压缩机排气温度划分为若干个温度区间，每个温度区间对应有一个过热度修正值，压缩机排气温度值越大的温度区间所对应的过热度修正值越小。
进一步的，节流元件开度的确定方法为：
将过热度偏差值划分成若干个偏差区间；
将实际过热度变化率值划分成若干个变化率区间；
分别判断过热度偏差所在的偏差区间和实际过热度变化率所在的变化率区间，确定唯一的节流元件开度。
进一步的，所述过热度偏差所在的偏差区间确定时，实际过热度变化率所在的变化率区间越大，节流元件的开度调节步数增加或者保持不变。
进一步的，所述实际过热度变化率所在的变化率区间确定时，所述过热度偏差所在的偏差区间越大，节流元件的开度调节步数增加或者保持不变。
进一步的，所述热泵系统控制方法还包括蒸发风机控制步骤：
当Tcm＜T1时，将蒸发风机调节至最高档位；
当T1＜Tcm＜T2时，将蒸发风机从当前档位调高一档，直至调至最高档位；
当T2＜Tcm＜T3时，蒸发风机的转速保持不变；
当T3＜Tcm＜T4时，将蒸发风机从当前档位调低一档；
当Tcm＞T4时，将蒸发风机调节至最低档位；
其中，T1＜T2＜T3＜T4；Tcm为回气压力所对应的饱和温度。
进一步的，当Tcm＞T4且压缩机频率≤50Hz时，停止蒸发风机。
进一步的，所述热泵系统控制方法还包括压缩机频率保护控制步骤，包括高压保护和低压保护，高压保护包括：
检测压缩机的排气压力Pd；
当Pd≥Ph-p1时，以d1的速率快速降频；
当Pd≥Ph-p2时，以d2的速率慢速降频；
当Pd≥Ph-p3时，降频或者维持当前频率；
当Pd＜Ph-p4时，恢复压缩机正常的频率控制；
Ph为高压压力开关断开值，p1＜p2＜p3＜p4；d1＞d2；
低压保护包括：
检测压缩机的回气压力Pm；
当Pm≤Pl+p5，以d1的速率快速降频；
当Pm≤Pl+p6，以d2的速率慢速降频；
当Pm≤Pl+p7，降频或者维持当前频率；
当Pm＞Pl+p8，恢复压缩机正常的频率控制；
Pl为低压压力开关断开值,p5＜p6＜p7＜p8。
一种热泵系统，其按照前面任一条所记载的热泵系统控制方法执行控制。
与现有技术相比，本发明的优点和积极效果是：本发明的热泵系统控制方法，根据压缩机的回气压力计算实际过热度，并且计算实际过热度与目标过热度的差值，并根据过热度的差值调节节流元件的开度，由于压力检测不存在温度传感器的检测值漂移、测量滞后等缺陷，能够大大提高控制精度，保证各器件能够最大可能的按照系统设计要求进行控制，从而保证热泵产品各项性能指标能够更好的满足设计要求，同时在压力传感器故障时可以切换为温度传感器进行控制，提高了系统的可靠性。
结合附图阅读本发明的具体实施方式后，本发明的其他特点和优点将变得更加清楚。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例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本发明提出的热泵系统的一种实施例图；
图2本发明提出的热泵系统控制方法的的一种实施例流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下将结合附图和实施例，对本发明作进一步详细说明。
实施例一
本实施例中所采用的热泵系统如图1所示，包括该热泵系统包括压缩机11、水侧换热器12、室外换热器13、节流元件14，压缩机11压缩冷媒在管道中循环，其中，冷媒在流经室外换热器13时，用于吸收室外空气中的热量，在流经水侧换热器12时，用于对水箱中的水加热。节流元件14可以但不局限于是电子膨胀阀，当然，该控制方法也适用于其他能够进行节流的节流元件。
本实施例的热泵系统控制方法，如图2所示，包括以下步骤：
节流元件14开度控制步骤，包括：
根据压缩机的回气压力获取实际过热度，计算实际过热度与目标过热度的差值，为过热度偏差△SH；
计算当前检测周期的实际过热度变化率△SH’；
根据过热度偏差△SH和过热度变化率△SH’确定节流元件14开度，并根据开度调节节流元件14的开度。
本实施例的热泵系统控制方法，根据压缩机11的回气压力计算实际过热度，并且计算实际过热度与目标过热度的差值，并根据过热度的差值调节节流元件的开度，由于压力检测不存在温度传感器的检测值漂移、测量滞后等缺陷，能够大大提高控制精度以及系统响应及时性，保证各器件能够最大可能的按照系统设计要求进行控制，从而保证热泵产品各项性能指标能够更好的满足设计要求，同时在压力传感器故障时可以切换为温度传感器进行控制，提高了系统的可靠性。
过热度是指制冷剂的温度与在当前压力下的饱和温度之差。本实施例中通过计算压缩机回气过热度确定节流元件的开度。若回气过热度过大,有可能造成压缩机线圈温度保护开关的动作而停机。若回气过热度不足,可能造成压缩机液压缩而损坏转子,并造成失油状况。或冷冻油被过量的液态制冷剂稀释从而影响润滑转子以及轴承的功能。本方案即最终目标是将过热度调节至合理值的方式，根据过热度偏差确定节流元件开度。
本实施例中，实际过热度的计算方法为：
检测压缩机的回气压力Pm；
计算回气压力Pm所对应的饱和温度Tcm；在冷媒型号确定时，压力确定，相应的饱和温度也可确定。
检测吸气温度Ts；
计算实际过热度SH＝Ts-Tcm；
目标过热度SHT1的获取方法为：
根据室外环境温度确定目标过热度初始值SHTH；
根据压缩机排气温度确定过热度修正值HV；
目标过热度SHT1＝SHTH+HV；
过热度偏差△SH＝SH-SHT1。
本实施例中在计算计算实际过热度时利用了所检测的吸气温度Ts，在计算目标过热度时利用了室外环境温度，而最终的过热度偏差可以将吸气温度Ts和室外环境温度的温度漂移相抵消，不会影响计算精度。
过热度修正值HV的确定方法为：将压缩机排气温度划分为若干个温度区间，每个温度区间对应有一个过热度修正值，压缩机排气温度值越大的温度区间所对应的过热度修正值越小。
本实施例中过热度修正值HV的确定方法如表1所示：
表1
其中，HV1＞HV2＞HV3＞HV4。
当压缩机排气温度不小于PM08时，则说明排气温度过高，进入排气温度控制程序。PM08为设定的排气温度上限值。
目标过热度初始值SHTH根据室外环境温度确定方法如表2所示：
表2
SHTH1～SHTH4可以根据经验值设定。
需要说明的是，压缩机排气温度Td和室外环境温度的区间划分方式不限于上述举例，可以根据实际需要增加或者减少区间数量，各区间的边界值也可以根据需要进行调整。
节流元件开度的确定方法为：
将过热度偏差值划分成若干个偏差区间；
将实际过热度变化率值划分成若干个变化率区间；
分别判断过热度偏差所在的偏差区间和实际过热度变化率所在的变化率区间，确定唯一的节流元件开度。
偏差区间和变化率区间划分好之后，可以做成查找表的方式，如表3所示，每个节流元件调节周期计算一次过热度偏差ΔSH、过热度偏差变化率ΔSH’并根据表3，查表得到开度的变化量，进行节流元件的调节：
表3
需要说明的是，偏差区间和变化率区间的划分方式不限于上述举例，可以根据实际需要增加或者减少区间数量，各区间的边界值也可以根据需要进行调整。
过热度偏差所在的偏差区间确定时，实际过热度变化率所在的变化率区间越大，节流元件的开度调节步数增加或者保持不变。也即，实际过热度变化率所在的变化率区间越大说明过热度调节的速度快，此时可以让更多的冷媒通过，以提高制热能力，或者保持当前的制热能力即可。
其中，节流元件的开度调节可以是增加开度调节，也可以是减小开度调节，过热度偏差所在的偏差区间确定时，实际过热度变化率所在的变化率区间越大，节流元件的开度增加包括三种情况：一种是增加开度调节，也即调节的步数为正，实际过热度变化率所在的变化率区间越大，相应节流元件的开度增加。再一种是减小开度调节，也即，调节的步数为负，实际过热度变化率所在的变化率区间越大，调小量越小，因此相应节流元件的开度是呈增加的。第三种是开度先调小再增加，调小时，实际过热度变化率所在的变化率区间越大，调小的值越小，调大时，实际过热度变化率所在的变化率区间越大，相应节流元件的开度增加。
实际过热度变化率所在的变化率区间确定时，所述过热度偏差所在的偏差区间越大，节流元件的开度调节步数增加或者保持不变。也即，实际过热度变化率所在的变化率区间确定时，过热度偏差所在的偏差区间越大，应当增加节流元件开度，以使更多的冷媒通过，以减小过热度偏差，或者保持当前的制热能力即可。
本实施例还包括蒸发风机15控制步骤：
当Tcm＜T1时，此时说明饱和温度过低，压力较大，因此将蒸发风机调节至最高档位，加快换热；
当T1＜Tcm＜T2时，将蒸发风机从当前档位调高一档，直至调至最高档位；
当T2＜Tcm＜T3时，蒸发风机的转速保持不变；
当T3＜Tcm＜T4时，将蒸发风机从当前档位调低一档；
当Tcm＞T4时，此时说明饱和温度较高，压力较小，将蒸发风机调节至最低档位即可；
其中，T1＜T2＜T3＜T4；Tcm为回气压力所对应的饱和温度。
例如，当Tcm＜-5℃时，不论蒸发风机之前处于那一档位直接上升至最高风速；
当Tcm＜1℃时，蒸发风机在当前档位上升一档，直到最高档为止；
当1℃≤Tcm≤8℃时，蒸发风机的转速保存不变；
当Tcm＞8℃时，蒸发风机在当前档位下降一档，直到最低制热容许档为止；
当Tcm＞15℃时，不论蒸发风机之前处于那一档位直接下降至最低制热容许档(条件1除外)。
条件1：当Tcm＞T4、压缩机频率≤50Hz时且水温Tw大于设定值时，停止蒸发风机。
此外，还包括条件2：当Tcm＜1℃或模块中有压缩机的能力输出≥60Hz时，蒸发风机开到1级，60s进入正常调节。
当有压缩机运行时，蒸发风机处于0级最短时间为3分钟(避免频繁启动)，持续处于0级超过10分钟时不管是否达到条件2，风机都开起来到1级，在1级上的停留时间为60s，然后进入正常调节。
本实施例的热泵系统控制方法还包括压缩机频率保护控制步骤，包括高压保护和低压保护，高压保护包括：
检测压缩机的排气压力Pd；
当Pd≥Ph-p1时，以d1的速率快速降频；
当Pd≥Ph-p2时，以d2的速率慢速降频；
当Pd≥Ph-p3时，降频或者维持当前频率；
当Pd＜Ph-p4时，恢复压缩机正常的频率控制；
Ph为高压压力开关断开值，p1＜p2＜p3＜p4；d1＞d2；
低压保护包括：
检测压缩机的回气压力Pm；
当Pm≤Pl+p5，以d1的速率快速降频；
当Pm≤Pl+p6，以d2的速率慢速降频；
当Pm≤Pl+p7，降频或者维持当前频率；
当Pm＞Pl+p8，恢复压缩机正常的频率控制；
Pl为低压压力开关断开值,p5＜p6＜p7＜p8。
压缩机正常的频率控制是指在非低压保护或者高压保护时的控制逻辑。
根据压缩机11的回气压力进行压缩机频率保护，由于压力检测不存在温度传感器的检测值漂移、测量滞后等缺陷，同样能够大大提高控制精度以及系统响应及时性，避免因温度测量滞后给压缩机带来的损坏，提高了系统的可靠性。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其进行限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的普通技术人员来说，依然可以对前述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；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明所要求保护的技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种热泵系统控制方法，其特征在于，包括：
节流元件开度控制步骤，包括：
根据压缩机的回气压力获取实际过热度，计算实际过热度与目标过热度的差值，为过热度偏差△SH；
计算当前检测周期的实际过热度变化率△SH’；
根据所述过热度偏差△SH和过热度变化率△SH’确定节流元件开度。
2.根据权利要求1所述的热泵系统控制方法，其特征在于，所述实际过热度的计算方法为：
检测压缩机的回气压力Pm；
计算所述回气压力Pm所对应的饱和温度Tcm；
检测吸气温度Ts；
计算实际过热度SH=Ts-Tcm；
所述目标过热度SHT1的获取方法为：
根据室外环境温度确定目标过热度初始值SHTH；
根据压缩机排气温度确定过热度修正值HV；
目标过热度SHT1=SHTH+HV；
△SH=SH- SHT1。
3.根据权利要求2所述的热泵系统控制方法，其特征在于，过热度修正值HV的确定方法为：将压缩机排气温度划分为若干个温度区间，每个温度区间对应有一个过热度修正值，压缩机排气温度值越大的温度区间所对应的过热度修正值越小。
4.根据权利要求1所述的热泵系统控制方法，其特征在于，节流元件开度的确定方法为：
将过热度偏差值划分成若干个偏差区间；
将实际过热度变化率值划分成若干个变化率区间；
分别判断过热度偏差所在的偏差区间和实际过热度变化率所在的变化率区间，确定唯一的节流元件开度。
5.根据权利要求4所述的热泵系统控制方法，其特征在于，所述过热度偏差所在的偏差区间确定时，实际过热度变化率所在的变化率区间越大，节流元件的开度调节步数增加或者保持不变。
6.根据权利要求4所述的热泵系统控制方法，其特征在于，所述实际过热度变化率所在的变化率区间确定时，所述过热度偏差所在的偏差区间越大，节流元件的开度调节步数增加或者保持不变。
7.根据权利要求1-6任一项所述的热泵系统控制方法，其特征在于，所述热泵系统控制方法还包括蒸发风机控制步骤：
当Tcm＜T1时，将蒸发风机调节至最高档位；
当T1＜Tcm＜T2时，将蒸发风机从当前档位调高一档，直至调至最高档位；
当T2＜Tcm＜T3时，蒸发风机的转速保持不变；
当T3＜Tcm＜T4时，将蒸发风机从当前档位调低一档；
当Tcm＞T4时，将蒸发风机调节至最低档位；
其中，T1＜T2＜T3＜T4；Tcm为回气压力所对应的饱和温度。
8.根据权利要求7所述的热泵系统控制方法，其特征在于，当Tcm＞T4且压缩机频率≤50Hz时，停止蒸发风机。
9.根据权利要求1-6任一项所述的热泵系统控制方法，其特征在于，所述热泵系统控制方法还包括压缩机频率保护控制步骤，包括高压保护和低压保护，高压保护包括：
检测压缩机的排气压力Pd；
当Pd≥Ph-p1时，以d1的速率快速降频；
当Pd≥Ph-p2时，以d2的速率慢速降频；
当Pd≥Ph-p3时，降频或者维持当前频率；
当Pd＜Ph-p4时，恢复压缩机正常的频率控制；
Ph为高压压力开关断开值，p1＜p2＜p3＜p4；d1＞d2；
低压保护包括：
检测压缩机的回气压力Pm；
当Pm≤Pl+p5，以d1的速率快速降频；
当Pm≤Pl+p6，以d2的速率慢速降频；
当Pm≤Pl+p7，降频或者维持当前频率；
当Pm＞Pl+p8，恢复压缩机正常的频率控制;
Pl为低压压力开关断开值, p5＜p6＜p7＜p8。
10.一种热泵系统，其特征在于，其按照权利要求1-9任一项所述的热泵系统控制方法执行控制。
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