CN114233418A - 一种分布式冷热电联供系统及其控制方法 - Google Patents

一种分布式冷热电联供系统及其控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种分布式冷热电联供系统及其控制方法,涉及发电机能量利用技术领域，其包括：燃气发电机组和热泵单元，所述燃气发电机组用于产生稳定的三相电和单相电并驱动所述热泵单元制冷或制热供应给用户；所述燃气发电机组包括控制单元、供电单元、发动机单元、余热回收单元和冷却单元，其中，在所述控制单元的控制下，所述发动机单元产生电能并通过所述供电单元驱动所述热泵单元制冷或制热，所述发动机单元产生的热量通过所述冷却单元散热，或/和通过所述余热回收单元回收。本发明具有集成度高、成本低、体积小、可快速拆装的特点。

Description

一种分布式冷热电联供系统及其控制方法
技术领域
本发明涉及发电机能量利用技术领域，具体涉及一种分布式冷热电联供系统及其控制方法。
背景技术
燃气冷热电联供系统是以天然气为一次能源，能够同时产生电、热、冷的联产联供系统。以天然气为燃料，利用燃气轮机、燃气内燃机等设备将天然气燃烧后获得的高温烟气发电，冬季利用余热供暖，夏季通过吸收式热泵供冷，同时制取生活热水。夏季冷负荷需求大时，不足的冷量通过电热泵提供；冬季不足热量由燃气锅炉提供。一套传统的燃气冷热电联供系统需要配备燃气轮机/内燃机、吸收式热泵、余热锅炉、电热泵、燃气锅炉等设备。系统庞大，结构复杂，投资高，投资回收期长，经济性差，设备利用率低，限制了其大规模应用。
有鉴于此，急需一种集成度高、成本低、体积小、可快速拆装的新型分布式冷热电联供系统。
发明内容
针对现有技术中的不足，本发明提供一种分布式冷热电联供系统及其控制方法，其具有集成度高、成本低、体积小、可快速拆装的特点，适用于作战指挥所、边防哨所等场景，为军队提供可移动的制冷制热设备，实现舒适性用电与军事用电的分离，以及适用于气价便宜电价昂贵地区，以及电力增容困难地区。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种分布式冷热电联供系统，其包括：燃气发电机组和热泵单元，所述燃气发电机组用于产生稳定的三相电和单相电并驱动所述热泵单元制冷或制热供应给用户；所述燃气发电机组包括控制单元、供电单元、发动机单元、余热回收单元和冷却单元，其中，在所述控制单元的控制下，所述发动机单元产生电能并通过所述供电单元驱动所述热泵单元制冷或制热，所述发动机单元产生的热量通过所述冷却单元散热，或/和通过所述余热回收单元回收。
如上所述的分布式冷热电联供系统，进一步地，所述发动机单元包括：燃气发动机、发动机ECU、直流发电机、蓄电池、发动机冷却水泵，其中，
所述燃气发动机接入天然气作为燃料，产生的机械能驱动所述直流发电机；
所述直流发电机产生的电能供给到所述蓄电池；
所述蓄电池为所述发动机冷却水泵和所述发动机ECU供电。
如上所述的分布式冷热电联供系统，进一步地，所述供电单元包括：工频发电机、电源转换器，其中，
所述燃气发动机产生的机械能驱动所述工频发电机；
所述工频发电机驱动所述热泵单元制冷或制热；
所述电源转换器将所述工频发电机产生的三相电转换为单相交流电供应。
如上所述的分布式冷热电联供系统，进一步地，所述余热回收单元包括：余热回收换热器，燃气发动机的缸套设有温度检测器，所述温度检测器用于检测燃气发动机的缸套冷却水出水温度，根据控制策略控制冷却水流入余热回收换热器的控制阀，以及余热回收的电磁阀，以实现余热回收。
如上所述的分布式冷热电联供系统，进一步地，所述冷却单元包括：风机、翅片换热器，在所述控制单元的控制下，所述工频发电机驱动所述风机和所述翅片换热器散热。
如上所述的分布式冷热电联供系统，进一步地，所述控制单元包括：控制器和触摸屏，所述控制器用于与各个单元、继电器控制信号连接，所述触摸屏用于与所述控制器交互。
如上所述的分布式冷热电联供系统，进一步地，还包括第二发电机组，所述第二发电机组驱动所述热泵单元制冷或制热供应给用户且所述第二发电机组包括市电、可再生能源发电，或/和柴油发电机，其中，当接入市电的价格低时，断开所述燃气发电机组与所述热泵单元的连接并接入所述第二发电机组与所述热泵单元的连接。
一种分布式冷热电联供控制方法，其包括第一工作模式、第二工作模式和第三工作模式，其中，
所述第一工作模式包括：控制器闭合第一继电器，蓄电池为发动机冷却水泵供电，发动机冷却水泵启动工作；
控制器闭合第二继电器蓄电池为发动机ECU供电，控制器发出启动指令给发动机ECU进而启动燃气发动机；
燃气发动机启动，进而驱动工频发电机和直流发电机；
控制器闭合第三继电器，直流发电机发电进而为蓄电池充电；
所述第二工作模式包括：
燃气发电机组产生稳定的三相电和单相电并驱动热泵单元制冷或制热供应给用户；
根据控制策略，控制器闭合第四继电器，工频发电机进而驱动风机启动散热；
根据用户需求，选择开启或关闭热泵单元；
所述第三工作模式包括：
当接入市电的价格低时，断开燃气发电机组与热泵单元的连接并接入第二发电机组与热泵单元的连接。
如上所述的分布式冷热电联供控制方法，进一步地，在所述第二工作模式下，
检测燃气发动机的缸套冷却水出水温度，根据控制策略控制冷却水流入余热回收换热器的控制阀，以及余热回收的电磁阀，以实现余热回收；
回收的余热用于提高系统供暖能力，或/和用于热泵单元除霜。
如上所述的分布式冷热电联供控制方法，进一步地，切换至所述第三工作模式时，关闭热泵单元后再依次断开第一断路器、然后闭合第二断路器，最后启动热泵单元。
本发明与现有技术相比，其有益效果在于：本发明具有集成度高、成本低、体积小、可快速拆装的特点，冷热双制可同时解决供冷供暖的问题。冬季制热和夏季制冷过程中，设备利用率高。本发明的系统结构简单，成本低，投资少，容易实现，系统中只包含燃气发电机组和热泵单元，不需要额外增加燃气锅炉、吸收式热泵等设备。余热利用率高，直接利用发动机余热，减少了余热传递过程中热量衰减。控制系统简单。本发明适用于作战指挥所、边防哨所等场景，为军队提供可移动的制冷制热设备，实现舒适性用电与军事用电的分离，以及，本发明能直接高效利用工业沼气、养殖沼气、石油伴生气、煤层气等燃料，因而适用于气价便宜电价昂贵地区，以及电力增容困难地区或公共建筑。
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进行简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，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是本发明实施例的分布式冷热电联供系统的结构示意图。
具体实施方式
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、完整的描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
实施例：
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，本发明实施例的术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个、三个等，除非另有明确具体的限定。此外，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中的具体含义。
参见图1，图1是本发明实施例的分布式冷热电联供系统的结构示意图。本发明提供一种分布式冷热电联供系统及其控制方法，其具有集成度高、成本低、体积小、可快速拆装的特点，适用于作战指挥所、边防哨所等场景，为军队提供可移动的制冷制热设备，实现舒适性用电与军事用电的分离，以及适用于气价便宜电价昂贵地区，以及电力增容困难地区。
一种分布式冷热电联供系统，其包括：燃气发电机组和热泵单元，所述燃气发电机组用于产生稳定的三相电和单相电并驱动所述热泵单元制冷或制热供应给用户；所述燃气发电机组包括控制单元、供电单元、发动机单元、余热回收单元和冷却单元，其中，在所述控制单元的控制下，所述发动机单元产生电能并通过所述供电单元驱动所述热泵单元制冷或制热，所述发动机单元产生的热量通过所述冷却单元散热，或/和通过所述余热回收单元回收。
作为一种可选的实施方式，在某些实施例中，所述发动机单元包括：燃气发动机、发动机ECU、直流发电机、蓄电池、发动机冷却水泵，其中，所述燃气发动机接入天然气作为燃料，产生的机械能驱动所述直流发电机；所述直流发电机产生的电能供给到所述蓄电池；所述蓄电池为所述发动机冷却水泵和所述发动机ECU供电。本实施例中，蓄电池作为燃气发动机启动电源，以及为发动机ECU和发动机冷却水泵供电。需要说明的是，为保证发动机冷却水泵和发动机ECU先于燃气发电机组动作，需要控制器始终处于待机状态。24V蓄电池为控制器供电，控制器功率较小，燃气发动机启动后，带动24V直流发电机发电，为蓄电池充电并提供24V电源。可以理解的是，燃气发动机启动阶段由蓄电池供电，燃气发动机正常运行后，24V发电机为控制器供电。用于发动机冷却水泵、发动机ECU供电，并控制蓄电池充电、冷却单元(风机)、余热回收电磁阀(SV1、SV2)。
作为一种可选的实施方式，在某些实施例中，所述供电单元包括：工频发电机、电源转换器，其中，所述燃气发动机产生的机械能驱动所述工频发电机；所述工频发电机驱动所述热泵单元制冷或制热；所述电源转换器将所述工频发电机产生的三相电转换为单相交流电供应。
作为一种可选的实施方式，在某些实施例中，所述余热回收单元包括：余热回收换热器，燃气发动机的缸套设有温度检测器，所述温度检测器用于检测燃气发动机的缸套冷却水出水温度，根据控制策略控制冷却水流入余热回收换热器的控制阀，以及余热回收的电磁阀，以实现余热回收。本实施例中，在第二工作模式(制热)下，检测发动机缸套冷却水出水温度(Tec)，根据控制策略控制电磁阀SV1和SV2，实现余热回收。SV2是冷却水流入余热回收换热器控制阀，SV1是余热回收电磁阀。图1仅表示所回收的发动机余热通过余热回收换热器提高系统供暖能力，余热亦可以用于热泵系统除霜，并制生活热水。可以理解的是，余热回收换热器回收燃气发动机余热，余热回收换热器出口连接热泵系统循环水出口，制热时，打开余热回收电磁阀；制冷时，关闭余热回收电磁阀，在夏季不需要将余热用于提升供暖能力时，余热用于制生活热水。多余热量通过冷却系统散热。
作为一种可选的实施方式，在某些实施例中，所述冷却单元包括：风机、翅片换热器，在所述控制单元的控制下，所述工频发电机驱动所述风机和所述翅片换热器散热。
作为一种可选的实施方式，在某些实施例中，所述控制单元包括：控制器和触摸屏，所述控制器用于与各个单元、继电器控制信号连接，所述触摸屏用于与所述控制器交互。本实施例中，控制器与ECU通讯，控制器发送开机指令和停机指令给发动机ECU，发动机ECU发送发动机运行状态、故障信息等给控制器。
作为一种可选的实施方式，在某些实施例中，还包括第二发电机组，所述第二发电机组驱动所述热泵单元制冷或制热供应给用户且所述第二发电机组包括市电、可再生能源发电，或/和柴油发电机，其中，当接入市电的价格低时，断开所述燃气发电机组与所述热泵单元的连接并接入所述第二发电机组与所述热泵单元的连接。
参见图1，在其中一个完整实施例中，控制器与发动机ECU电性连接，发动机ECU与燃气发动机电性连接，燃气发动机分别与直流发电机(24V)和工频发电机电性连接，蓄电池(24V)与发动机冷却水泵电性连接且连接线路上设有第一继电器(继电器1)，蓄电池(24V)与发动机ECU电性连接，且连接线路上设有第二继电器(继电器2)，蓄电池(24V)与直流发电机(24V)电性连接，且连接线路上设有第三继电器(继电器3)，工频发电机与冷却单元电性连接，且连接线路上设有第四继电器(继电器4)，工频发电机与热泵单元电性连接，且连接线路上设有第一断路器(断路器1)，第二发电机组(市电，可再生能源发电，或/和柴油发电机)与热泵单元电性连接，且连接线路上设有第二断路器(断路器2)，工频发电机的输出线路设有电源转换器，电源转换器将工频发电机产生的三相电转换为单相交流电供应。此外，还设有余热回收换热器燃气发动机的缸套设有温度检测器，所述温度检测器用于检测燃气发动机的缸套冷却水出水温度，根据控制策略控制冷却水流入余热回收换热器的控制阀(SV1)，以及余热回收的电磁阀(SV2)，以实现余热回收。优选的，余热回收换热器与燃气发动机组放置在一个机柜中，热泵单元单独设置于另机柜中。
一种分布式冷热电联供控制方法，其包括第一工作模式、第二工作模式和第三工作模式，其中，
所述第一工作模式包括：控制器闭合第一继电器，蓄电池为发动机冷却水泵供电，发动机冷却水泵启动工作；控制器闭合第二继电器蓄电池为发动机ECU供电，控制器发出启动指令给发动机ECU进而启动燃气发动机；燃气发动机启动，进而驱动工频发电机和直流发电机；控制器闭合第三继电器，直流发电机发电进而为蓄电池充电。
所述第二工作模式包括：燃气发电机组产生稳定的三相电和单相电并驱动热泵单元制冷或制热供应给用户；根据控制策略，控制器闭合第四继电器，工频发电机进而驱动风机启动散热；根据用户需求，选择开启或关闭热泵单元。
所述第三工作模式包括：当接入市电的价格低时，断开燃气发电机组与热泵单元的连接并接入第二发电机组与热泵单元的连接。
作为一种可选的实施方式，在某些实施例中，在所述第二工作模式下，检测燃气发动机的缸套冷却水出水温度，根据控制策略控制冷却水流入余热回收换热器的控制阀，以及余热回收的电磁阀，以实现余热回收；回收的余热用于提高系统供暖能力，或/和用于热泵单元除霜。
作为一种可选的实施方式，在某些实施例中，切换至所述第三工作模式时，关闭热泵单元后再依次断开第一断路器、然后闭合第二断路器，最后启动热泵单元。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
上述实施例只是为了说明本发明的技术构思及特点，其目的是在于让本领域内的普通技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡是根据本发明内容的实质所做出的等效的变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种分布式冷热电联供系统，其特征在于，包括：燃气发电机组和热泵单元，所述燃气发电机组用于产生稳定的三相电和单相电并驱动所述热泵单元制冷或制热供应给用户；所述燃气发电机组包括控制单元、供电单元、发动机单元、余热回收单元和冷却单元，其中，在所述控制单元的控制下，所述发动机单元产生电能并通过所述供电单元驱动所述热泵单元制冷或制热，所述发动机单元产生的热量通过所述冷却单元散热，或/和通过所述余热回收单元回收。
2.根据权利要求1所述的分布式冷热电联供系统，其特征在于，所述发动机单元包括：燃气发动机、发动机ECU、直流发电机、蓄电池、发动机冷却水泵，其中，
所述燃气发动机接入天然气作为燃料，产生的机械能驱动所述直流发电机；
所述直流发电机产生的电能供给到所述蓄电池；
所述蓄电池为所述发动机冷却水泵和所述发动机ECU供电。
3.根据权利要求2所述的分布式冷热电联供系统，其特征在于，所述供电单元包括：工频发电机、电源转换器，其中，
所述燃气发动机产生的机械能驱动所述工频发电机；
所述工频发电机驱动所述热泵单元制冷或制热；
所述电源转换器将所述工频发电机产生的三相电转换为单相交流电供应。
4.根据权利要求1所述的分布式冷热电联供系统，其特征在于，所述余热回收单元包括：余热回收换热器，燃气发动机的缸套设有温度检测器，所述温度检测器用于检测燃气发动机的缸套冷却水出水温度，根据控制策略控制冷却水流入余热回收换热器的控制阀，以及余热回收的电磁阀，以实现余热回收。
5.根据权利要求2所述的分布式冷热电联供系统，其特征在于，所述冷却单元包括：风机、翅片换热器，在所述控制单元的控制下，所述工频发电机驱动所述风机和所述翅片换热器散热。
6.根据权利要求1所述的分布式冷热电联供系统，其特征在于，所述控制单元包括：控制器和触摸屏，所述控制器用于与各个单元、继电器控制信号连接，所述触摸屏用于与所述控制器交互。
7.根据权利要求1所述的分布式冷热电联供系统，其特征在于，还包括第二发电机组，所述第二发电机组驱动所述热泵单元制冷或制热供应给用户且所述第二发电机组包括市电，可再生能源发电、或/和柴油发电机，其中，当接入市电的价格低时，断开所述燃气发电机组与所述热泵单元的连接并接入所述第二发电机组与所述热泵单元的连接。
8.一种分布式冷热电联供控制方法，其特征在于，包括第一工作模式、第二工作模式和第三工作模式，其中，
所述第一工作模式包括：控制器闭合第一继电器，蓄电池为发动机冷却水泵供电，发动机冷却水泵启动工作；
控制器闭合第二继电器蓄电池为发动机ECU供电，控制器发出启动指令给发动机ECU进而启动燃气发动机；
燃气发动机启动，进而驱动工频发电机和直流发电机；
控制器闭合第三继电器，直流发电机发电进而为蓄电池充电；
所述第二工作模式包括：
燃气发电机组产生稳定的三相电和单相电并驱动热泵单元制冷或制热供应给用户；
根据控制策略，控制器闭合第四继电器，工频发电机进而驱动风机启动散热；
根据用户需求，选择开启或关闭热泵单元；
所述第三工作模式包括：
当接入市电的价格低时，断开燃气发电机组与热泵单元的连接并接入第二发电机组与热泵单元的连接。
9.根据权利要求8所述的分布式冷热电联供控制方法，其特征在于，在所述第二工作模式下，
检测燃气发动机的缸套冷却水出水温度，根据控制策略控制冷却水流入余热回收换热器的控制阀，以及余热回收的电磁阀，以实现余热回收；
回收的余热用于提高系统供暖能力，或/和用于热泵单元除霜。
10.根据权利要求8所述的分布式冷热电联供控制方法，其特征在于，切换至所述第三工作模式时，关闭热泵单元后再依次断开第一断路器、然后闭合第二断路器，最后启动热泵单元。
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