CN114756072B - 一种纯电阻加热系统的电能管理方法及相关装置 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种纯电阻加热系统的电能管理方法，包括：分别计算三相电各相的电流和；判断所述电流和是否超出预设阈值；若所述电流和超出预设阈值，则根据权重指数，削减所述相连接的温区输出的能量，直到所述电流和不超出所述预设阈值；采用装箱算法，确定预设周期内各所述温区的输出排序；所述预设周期为单个周波的周期的整数倍；根据所述输出排序，控制所述温区输出能量。该方法能够抑制干线电流始终处于限定范围内，减少干线负载峰值，并且可以使总电流输出更加平滑，减少瞬时电流波动对电网的冲击。本申请还公开了一种纯电阻加热系统的电能管理装置、设备以及计算机可读存储介质，均具有上述技术效果。
Description
技术领域
本申请涉及工业控制技术领域，特别涉及一种纯电阻加热系统的电能管理方法；还涉及一种纯电阻加热系统的电能管理装置、设备以及计算机可读存储介质。
背景技术
目前常见的加热系统控制方式是采用PLC控制器经过PID运算，输出MV信号到加热调功器，加热调功器根据MV信号的大小自动对加热元器件进行电源通断，从而调整加热强度大小。加热调功器对加热元器件的电源通断调节通常采用可控硅移相调压方式与变周期过零调功两种方式。
采用上述两种调节方式会存在如下技术缺陷：1、对于存在多个温区的加热系统，如果每个温区的容量都按照满足最大需求功率的情形进行设计，可以加快升温速率，控温能力强。但是在正常进行工艺的情形下，并不要求温区按照最大功率进行输出，每个温区所要求输出的能量在多数情况下比较小，一般是维持在一定温度或者在小范围温度调节，加热系统的平均功率较低。为了安全起见，防止配电系统超负荷运转，在设计配电系统时往往将全部安装容量作为设计依据(将需求功率简单相加)，而这样会造成配电系统投资成本高企、配置资源浪费。2、在多台加热调功器以变周期过零调功方式并列运行时，可能出现同时输出或同时关断的情况，造成供电电流的大幅度波动。如果供电电源容量有限，会使供电电压产生较大的瞬时跌落，使供电变压器或机组产生较大的噪音，甚至使其他供电设备或机组无法正常工作。
有鉴于此，如何解决上述技术缺陷已成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。
发明内容
本申请的目的是提供一种纯电阻加热系统的电能管理方法，能够抑制干线电流始终处于限定范围内，减少干线负载峰值，并且可以使总电流输出更加平滑，减少瞬时电流波动对电网的冲击。本申请的另一个目的是提供一种纯电阻加热系统的电能管理装置、设备以及计算机可读存储介质，均具有上述技术效果。
为解决上述技术问题，本申请提供了一种纯电阻加热系统的电能管理方法，包括：
分别计算三相电各相的电流和；
判断所述电流和是否超出预设阈值；
若所述电流和超出预设阈值，则根据权重指数，削减所述相连接的温区输出的能量，直到所述电流和不超出所述预设阈值；
采用装箱算法，确定预设周期内各所述温区的输出排序；所述预设周期为单个周波的周期的整数倍；
根据所述输出排序，控制所述温区输出能量。
可选的，所述根据权重指数，削减所述相连接的温区输出的能量包括：
根据预设规则，减少削减系数的值；
以所述削减系数为底数，以所述权重指数为指数，得到削减比例；
根据所述削减比例削减所述温区输出的能量。
可选的，所述根据预设规则，减少削减系数的值包括：
每当判断出所述电流和超出所述预设阈值，则将所述削减系数减少预设大小。
可选的，还包括：
从所述电流和中筛选出最小电流和；
分别判断非最小的所述电流和与所述最小电流和的差值是否在预设范围内；
若否，则根据所述权重指数，削减电流和非最小的所述相连接的所述温区输出的能量。
可选的，所述采用装箱算法，确定预设周期内各所述温区的输出排序包括：
采用装箱算法，以所述预设周期内的电流总和最小为目标，确定所述预设周期内各所述温区的输出排序。
为解决上述技术问题，本申请还提供了一种纯电阻加热系统的电能管理装置，包括：
计算模块，用于分别计算三相电各相的电流和；
第一判断模块，用于判断所述电流和是否超出预设阈值；
第一削减模块，用于若所述电流和超出预设阈值，则根据权重指数，削减所述相连接的温区输出的能量，直到所述电流和不超出所述预设阈值；
排序模块，用于采用装箱算法，确定预设周期内各所述温区的输出排序；所述预设周期为单个周波的周期的整数倍；
控制模块，用于根据所述输出排序，控制所述温区输出能量。
可选的，所述第一削减模块包括：
第一计算单元，用于根据预设规则，减少削减系数的值；
第二计算单元，用于以所述削减系数为底数，以所述权重指数为指数，得到削减比例；
削减单元，用于根据所述削减比例削减所述温区输出的能量。
可选的，还包括：
筛选模块，用于从所述电流和中筛选出最小电流和；
第二判断模块，用于分别判断非最小的所述电流和与所述最小电流和的差值是否在预设范围内；
第二削减模块，用于若否，则根据所述权重指数，削减电流和非最小的所述相连接的所述温区输出的能量。
为解决上述技术问题，本申请还提供了一种纯电阻加热系统的电能管理设备，包括：
存储器，用于存储计算机程序；
处理器，用于执行所述计算机程序时实现如上任一项所述的纯电阻加热系统的电能管理方法的步骤。
为解决上述技术问题，本申请还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上任一项所述的纯电阻加热系统的电能管理方法的步骤。
本申请所提供的纯电阻加热系统的电能管理方法，包括：分别计算三相电各相的电流和；判断所述电流和是否超出预设阈值；若所述电流和超出预设阈值，则根据权重指数，削减所述相连接的温区输出的能量，直到所述电流和不超出所述预设阈值；采用装箱算法，确定预设周期内各所述温区的输出排序；所述预设周期为单个周波的周期的整数倍；根据所述输出排序，控制所述温区输出能量。
可见，本申请所提供的纯电阻加热系统的电能管理方法，当三相电的某相的电流和超出设定值时，依据权重系数削减加热负载，抑制加热系统干线电流始终处于限定范围内，减少干线负载峰值。减少干线负载峰值进而达到节约供配电系统投资成本的效果。另外，本申请采用装箱算法，合理分配每相的加热负载的输出，可使总电流输出更加平滑，减少瞬时电流波动对电网的冲击。
本申请所提供的纯电阻加热系统的电能管理装置、设备以及计算机可读存储介质均具有上述技术效果。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对现有技术和实施例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为本申请实施例所提供的一种纯电阻加热系统的电能管理方法的流程示意图；
图2为本申请实施例所提供的一种方盒示意图；
图3为本申请实施例所提供的一种装箱结果示意图；
图4为本申请实施例所提供的一种纯电阻加热系统的电能管理装置的示意图；
图5为本申请实施例所提供的一种纯电阻加热系统的电能管理设备的示意图。
具体实施方式
本申请的核心是提供一种纯电阻加热系统的电能管理方法，能够抑制干线电流始终处于限定范围内，减少干线负载峰值，并且可以使总电流输出更加平滑，减少瞬时电流波动对电网的冲击。本申请的另一个核心是提供一种纯电阻加热系统的电能管理装置、设备以及计算机可读存储介质，均具有上述技术效果。
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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。
请参考图1，图1为本申请实施例所提供的一种纯电阻加热系统的电能管理方法的流程示意图，参考图1所示，该方法主要包括：
S101：分别计算三相电各相的电流和；
S102：判断所述电流和是否超出预设阈值；
S103：若所述电流和超出预设阈值，则根据权重指数，削减所述相连接的温区输出的能量，直到所述电流和不超出所述预设阈值；
纯电阻加热系统可以包括多个炉管，每个炉管可以包括多个温区，每个温区至少包括一个加热负载即加热丝。不同温区连接的三相电的相可以不同。本实施例针对三相电的每一相，分别计算该相的电流和，并分别判断每一相的电流和是否超出预设阈值。如果任意一相的电流和超出预设阈值，则根据权重指数，削减电流和超出预设阈值的相所连接的温区输出的能量，直到该相的电流和不超出预设阈值。
例如，U相的电流和为I1，V相的电流和为I2，W相的电流和为I3。判断I1是否超出预设阈值，I2是否超出预设阈值，I3是否超出预设阈值。如果I1超出预设阈值而I2与I3均不超出预设阈值，则根据权重指数，削减U相连接的温区输出的能量，直到U相的电流和不超出预设阈值。
权重指数可以根据加热对象的重要性进行设定。例如，加热对象越重要，该加热对象对应的温区的权重指数越大。权重指数还可以根据工况进行设定。例如，手动模式下，权重指数设定为4；自动模式下的预热阶段，权重指数设定为1；自动模式下的其他状态，权重指数设定为2。
在一些实施例中，根据权重指数，削减所述相连接的温区输出的能量的方式为：
根据预设规则，减少削减系数的值；
以所述削减系数为底数，以所述权重指数为指数，得到削减比例；
根据所述削减比例削减所述温区输出的能量。
削减系数的取值区间为(0，1)。使用k表示削减系数，则0<k<1。使用Q表示权重指数，那么kQ表示削减比例。削减比例表示削减的能量与削减前温区输出的能量的占比。例如，削减比例为0.96，表示削减的能量是削减前温区输出的能量的96％。
削减系数、权重指数与削减比例的对应关系，可以如表1所示：
表1
其中，根据预设规则，减少削减系数的值的方式可以为：
每当判断出电流和超出预设阈值，则将所述削减系数减少预设大小。
例如，每当判断出电流和超出预设阈值，就将削减系数减少0.01，直到电流和不再超出预设阈值。
可以明白的是，削减温区的能量输出是在纯电阻加热系统的系统容量不足的情况下才进行的，以此达到既满足电容量限制要求又最低限度的降低温控调节对生产的影响的目的。
进一步，为防止三相不平衡，在一些实施例中，还包括：
从所述电流和中筛选出最小电流和；
分别判断非最小的所述电流和与所述最小电流和的差值是否在预设范围内；
若否，则根据所述权重指数，削减电流和非最小的所述相连接的温区输出的能量。
本实施例为防止三相不平衡，在筛选出最小的电流和之后，以此最小的电流和为依据，分别对两外两相(电流和不是最小的相)连接的温区输出的能量进行再次削减，直到三相不平衡在允许范围内。
例如，U相的电流和最小，则进一步判断V相的电流和是否小于U相的电流和±Δ，Δ为预设的增减量。如果V相的电流和小于U相的电流和±Δ，那么V相与U相之间的不平衡在允许范围内，此时无需再对连接V相的温区输出的能量进行削减。相反，如果V相的电流和不小于U相的电流和±Δ，那么V相与U相之间的不平衡不在允许范围内，此时需再对连接V相的温区输出的能量进行削减，直到V相与U相之间的不平衡不在允许范围内。
同理，判断W相的电流和是否小于U相的电流和±Δ，Δ为预设的增减量。如果W相的电流和小于U相的电流和±Δ，那么W相与U相之间的不平衡在允许范围内，此时无需再对连接W相的温区输出的能量进行削减。相反，如果W相的电流和不小于U相的电流和±Δ，那么W相与U相之间的不平衡不在允许范围内，此时需再对连接W相的温区输出的能量进行削减，直到W相与U相之间的不平衡不在允许范围内。
本实施例中根据所述权重指数，削减电流和非最小的所述相连接的温区输出的能量的方式可以参考上文所述，在此不再赘述。
S104：采用装箱算法，确定预设周期内各所述温区的输出排序；所述预设周期为单个周波的周期的整数倍；
S105：根据所述输出排序，控制所述温区输出能量。
本实施例以预设周期为时间单位进行温区输出控制。其中，预设周期为一个周波的周期的整数倍。例如，预设周期为一个周波的周期的10倍。若一个周波的周期为20ms，那么一个预设周期为200ms。在预设周期内，根据各温区PID计算得到的加热强度信号即MV信号，采用装箱算法，确定各温区的输出排序。进而根据各温区的输出排序，控制各温区输出能量。
装箱的方式为：将各方盒装入容器内；其中，参考图2所示，方盒的长代表MV值(预设周期的时间百分比)，方盒的高代表加热负载的额定电流(过零触发额定电压)，容器的宽为预设周期，容器的高为电流总和。
其中，采用装箱算法，确定预设周期内各温区的输出排序包括：采用装箱算法，以预设周期内的电流总和最小为目标，确定预设周期内各温区的输出排序。
为使预设周期内的电流总和最小，将各方盒装入容器的方式可以为：将方盒按照从高到低，相同高度按照从宽到窄的顺序进行排列。然后依次将方盒装入容器。每次将新的方盒装入容器前，将未装入的部分按照高度由低到高的顺序进行排序。如果高度相同则按照从左向右的顺序排列。然后将新的方盒拆分为单个cell，将每个cell装入容器。
以预设周期内包含10个周波(一个周波的周期为20ms)为例，HT_Iset[i，j]中i代表管号，j代表温区，1、4温区为U相，2、5温区为V相，3、6温区为W相。设定各温区加热丝的额定电流如表2所示：
表2
各温区经温控PID计算得到的MV输出如表3所示：
表3
通过装箱算法得到的排序结果如表4所示，以U相为例，timeCell[i，j，k]中，i表示U相，j表示时间，k表示输出的温区，且十位为管号，个位为温区。
表4
转换为方盒模型的效果如图3所示。
进行温区控制时，可以采用PLC自带DO模块直接输出控制信号作用于双相过零触发固态继电器。以欧姆龙NJ系列PLC为例，控制周期一般可以小于4ms(使用主任务周期或自定义任务周期)，晶体管DO模块的刷新周期可以同步I/O，并且响应时间小于1ms。依靠PLC的CPU优异运算能力及DO模块的快速响应特性使得系统架构十分简单，硬件成本较低。
综上所述，本申请所提供的纯电阻加热系统的电能管理方法，当三相电的某相的电流和超出设定值时，依据权重系数削减加热负载，抑制加热系统干线电流始终处于限定范围内，减少干线负载峰值。减少干线负载峰值进而达到节约供配电系统投资成本的效果。另外，本申请采用装箱算法，合理分配每相的加热负载的输出，可使总电流输出更加平滑，减少瞬时电流波动对电网的冲击。
本申请还提供了一种纯电阻加热系统的电能管理装置，下文描述的该装置可以与上文描述的方法相互对应参照。请参考图4，图4为本申请实施例所提供的一种纯电阻加热系统的电能管理装置的示意图，结合图4所示，该装置包括：
计算模块10，用于分别计算三相电各相的电流和；
第一判断模块20，用于判断所述电流和是否超出预设阈值；
第一削减模块30，用于若所述电流和超出预设阈值，则根据权重指数，削减所述相连接的温区输出的能量，直到所述电流和不超出所述预设阈值；
排序模块40，用于采用装箱算法，确定预设周期内各所述温区的输出排序；所述预设周期为单个周波的周期的整数倍；
控制模块50，用于根据所述输出排序，控制所述温区输出能量。
在上述实施例的基础上，作为一种具体的实施方式，所述第一削减模块30包括：
第一计算单元，用于根据预设规则，减少削减系数的值；
第二计算单元，用于以所述削减系数为底数，以所述权重指数为指数，得到削减比例；
削减单元，用于根据所述削减比例削减所述温区输出的能量。
在上述实施例的基础上，作为一种具体的实施方式，所述第一计算单元具体用于：每当判断出所述电流和超出所述预设阈值，则将所述削减系数减少预设大小。
在上述实施例的基础上，作为一种具体的实施方式，还包括：
筛选模块，用于从所述电流和中筛选出最小电流和；
第二判断模块，用于分别判断非最小的所述电流和与所述最小电流和的差值是否在预设范围内；
第二削减模块，用于若否，则根据所述权重指数，削减电流和非最小的所述相连接的所述温区输出的能量。
在上述实施例的基础上，作为一种具体的实施方式，所述排序模块40具体用于：采用装箱算法，以所述预设周期内的电流总和最小为目标，确定所述预设周期内各所述温区的输出排序。
本申请所提供的纯电阻加热系统的电能管理装置，当三相电的某相的电流和超出设定值时，依据权重系数削减加热负载，抑制加热系统干线电流始终处于限定范围内，减少干线负载峰值。减少干线负载峰值进而达到节约供配电系统投资成本的效果。另外，本申请采用装箱算法，合理分配每相的加热负载的输出，可使总电流输出更加平滑，减少瞬时电流波动对电网的冲击。
本申请还提供了一种纯电阻加热系统的电能管理设备，参考图5所示，该设备包括存储器1和处理器2。
存储器1，用于存储计算机程序；
处理器2，用于执行计算机程序实现如下的步骤：
分别计算三相电各相的电流和；判断所述电流和是否超出预设阈值；若所述电流和超出预设阈值，则根据权重指数，削减所述相连接的温区输出的能量，直到所述电流和不超出所述预设阈值；采用装箱算法，确定预设周期内各所述温区的输出排序；所述预设周期为单个周波的周期的整数倍；根据所述输出排序，控制所述温区输出能量。
对于本申请所提供的设备的介绍请参照上述方法实施例，本申请在此不做赘述。
本申请还提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时可实现如下的步骤：
分别计算三相电各相的电流和；判断所述电流和是否超出预设阈值；若所述电流和超出预设阈值，则根据权重指数，削减所述相连接的温区输出的能量，直到所述电流和不超出所述预设阈值；采用装箱算法，确定预设周期内各所述温区的输出排序；所述预设周期为单个周波的周期的整数倍；根据所述输出排序，控制所述温区输出能量。
该计算机可读存储介质可以包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(Read-OnlyMemory，ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
对于本申请所提供的计算机可读存储介质的介绍请参照上述方法实施例，本申请在此不做赘述。
说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置、设备以及计算机可读存储介质而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。
结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。
以上对本申请所提供的纯电阻加热系统的电能管理方法、装置、设备以及计算机可读存储介质进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以对本申请进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本申请权利要求的保护范围。
Claims (9)
1.一种纯电阻加热系统的电能管理方法，其特征在于，包括：
分别计算三相电各相的电流和；
判断所述电流和是否超出预设阈值；
若所述电流和超出预设阈值，则根据权重指数，削减所述相连接的温区输出的能量，直到所述电流和不超出所述预设阈值；
采用装箱算法，确定预设周期内各所述温区的输出排序；所述预设周期为单个周波的周期的整数倍；
根据所述输出排序，控制所述温区输出能量；
所述采用装箱算法，确定预设周期内各所述温区的输出排序包括：
采用装箱算法，以所述预设周期内的电流总和最小为目标，确定所述预设周期内各所述温区的输出排序。
2.根据权利要求1所述的电能管理方法，其特征在于，所述根据权重指数，削减所述相连接的温区输出的能量包括：
根据预设规则，减少削减系数的值；
以所述削减系数为底数，以所述权重指数为指数，得到削减比例；
根据所述削减比例削减所述温区输出的能量。
3.根据权利要求2所述的电能管理方法，其特征在于，所述根据预设规则，减少削减系数的值包括：
每当判断出所述电流和超出所述预设阈值，则将所述削减系数减少预设大小。
4.根据权利要求1所述的电能管理方法，其特征在于，还包括：
从所述电流和中筛选出最小电流和；
分别判断非最小的所述电流和与所述最小电流和的差值是否在预设范围内；
若否，则根据所述权重指数，削减电流和非最小的所述相连接的所述温区输出的能量。
5.一种纯电阻加热系统的电能管理装置，其特征在于，包括：
计算模块，用于分别计算三相电各相的电流和；
第一判断模块，用于判断所述电流和是否超出预设阈值；
第一削减模块，用于若所述电流和超出预设阈值，则根据权重指数，削减所述相连接的温区输出的能量，直到所述电流和不超出所述预设阈值；
排序模块，用于采用装箱算法，确定预设周期内各所述温区的输出排序；所述预设周期为单个周波的周期的整数倍；
控制模块，用于根据所述输出排序，控制所述温区输出能量；
所述排序模块，具体用于采用装箱算法，以所述预设周期内的电流总和最小为目标，确定所述预设周期内各所述温区的输出排序。
6.根据权利要求5所述的电能管理装置，其特征在于，所述第一削减模块包括：
第一计算单元，用于根据预设规则，减少削减系数的值；
第二计算单元，用于以所述削减系数为底数，以所述权重指数为指数，得到削减比例；
削减单元，用于根据所述削减比例削减所述温区输出的能量。
7.根据权利要求5所述的电能管理装置，其特征在于，还包括：
筛选模块，用于从所述电流和中筛选出最小电流和；
第二判断模块，用于分别判断非最小的所述电流和与所述最小电流和的差值是否在预设范围内；
第二削减模块，用于若否，则根据所述权重指数，削减电流和非最小的所述相连接的所述温区输出的能量。
8.一种纯电阻加热系统的电能管理设备，其特征在于，包括：
存储器，用于存储计算机程序；
处理器，用于执行所述计算机程序时实现如权利要求1至4任一项所述的纯电阻加热系统的电能管理方法的步骤。
9.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至4任一项所述的纯电阻加热系统的电能管理方法的步骤。
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