專利名稱：一種基于能量管理和智能控制的太陽(yáng)能冷卻塔的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種冷卻塔，具體涉及一種基于能量管理和智能控制的太陽(yáng)能冷卻塔。
背景技術(shù)：
冷卻塔是應(yīng)用非常普遍的水資源循環(huán)利用設(shè)備，其主要功能是將含有廢熱的冷卻水與空氣在塔內(nèi)進(jìn)行熱交換，使水溫降至要求的溫度，以便 進(jìn)行再次循環(huán)。目前，為冷卻塔供水的水泵以及冷卻塔的風(fēng)機(jī)均由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，其自動(dòng)化控制水平較低，冷卻塔的工作狀態(tài)單一，不具備隨各項(xiàng)參數(shù)的變化而自動(dòng)調(diào)節(jié)的能力，冷卻塔的冷卻能力常年過剩，每年消耗大量用于驅(qū)動(dòng)水泵和風(fēng)機(jī)的電能，有很大的節(jié)能空間。太陽(yáng)能具有取之不盡、用之不竭等優(yōu)點(diǎn)，是理想的可再生能源。太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、布置靈活、無化學(xué)污染物排放，廣泛應(yīng)用可以緩解對(duì)常規(guī)能源的消耗，減少環(huán)境污染，具有廣闊的應(yīng)用前景。近年來，隨著太陽(yáng)能電池價(jià)格的持續(xù)下降，太陽(yáng)能光伏發(fā)電的成本已大幅降低，具備了大規(guī)模應(yīng)用的條件。冷卻塔的應(yīng)用場(chǎng)所周邊一般通風(fēng)良好，無高大建筑阻擋，因而有大量的空間剩余。在冷卻塔向陽(yáng)面的墻板貼裝太陽(yáng)能電池板或在四周空曠處因地制宜適當(dāng)安裝一定功率的太陽(yáng)能電池，發(fā)出電能驅(qū)動(dòng)冷卻塔水泵和風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，則一方面可以有效降低冷卻塔水泵和風(fēng)機(jī)對(duì)常規(guī)電能的消耗，另一方面提高了冷卻塔用戶對(duì)土地和空間的利用率。為了降低冷卻塔的能耗，另一個(gè)可行的方法是為水泵電機(jī)和風(fēng)機(jī)電機(jī)配備變頻器，對(duì)水泵電機(jī)和風(fēng)機(jī)電機(jī)進(jìn)行調(diào)速控制以降低能耗。對(duì)水泵電機(jī)進(jìn)行變頻調(diào)速控制的辦法主要有恒壓控制和恒溫控制等單閉環(huán)控制；對(duì)風(fēng)機(jī)電機(jī)進(jìn)行調(diào)速控制辦法主要是采集冷卻塔出水口的循環(huán)冷卻水水溫，利用冷卻塔出水溫度作為控制量，多采用恒溫閉環(huán)控制。但目前現(xiàn)有的控制方法均是對(duì)水泵電機(jī)和風(fēng)機(jī)電機(jī)分別孤立地進(jìn)行調(diào)節(jié)，彼此之間沒有協(xié)調(diào)控制，對(duì)于水泵和風(fēng)機(jī)兩個(gè)孤立的負(fù)荷雖然可以分別實(shí)現(xiàn)一定程度上的節(jié)能運(yùn)行，但從冷卻塔運(yùn)行的整個(gè)系統(tǒng)看，冷卻塔的冷卻效能并未得到充分發(fā)揮利用，整個(gè)冷卻塔系統(tǒng)還有很大的節(jié)能空間。

實(shí)用新型內(nèi)容針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本實(shí)用新型目的是提供一種在保證冷卻塔可靠運(yùn)行的前提下，可取得顯著節(jié)能效果的基于能量管理和智能控制的太陽(yáng)能冷卻塔。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型是通過如下的技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型包括太陽(yáng)能電池、第一電動(dòng)機(jī)、與第一電動(dòng)機(jī)輸出端相連接的水泵、第二電動(dòng)機(jī)及減速裝置、與第二電動(dòng)機(jī)及減速裝置輸出端相連接的風(fēng)機(jī)，本實(shí)用新型還包括與太陽(yáng)能電池輸出端相連接的混合變流器、智能控制器和傳感器組；混合變流器的輸出端與第一電動(dòng)機(jī)和第二電動(dòng)機(jī)及減速裝置的輸入端相連接；傳感器組的信號(hào)輸出端與智能控制器的信號(hào)輸入端連接；智能控制器的信號(hào)輸出端與混合變流器的信號(hào)輸入端連接，同時(shí)混合變流器的信號(hào)輸出端也與智能控制器的信號(hào)輸入端連接。上述混合變流器包括與工頻電源相連接的整流器、與太陽(yáng)能電池輸出端相連接的直流變換器、第一逆變器、第二逆變器、第一電壓傳感器、第二電壓傳感器和直流母線；整流器和直流變換器的輸出端分別與直流母線的正負(fù)極連接；第一逆變器和第二逆變器的輸入端分別與直流母線的正負(fù)極連接；第一電壓傳感器的正負(fù)兩端分別與直流母線的正負(fù)極連接，第二電壓傳感器的正負(fù)兩端分別與直流變換器的輸入端正負(fù)極連接。上述傳感器組包括分別與智能控制器輸入端相連接的流量計(jì)、進(jìn)水溫度傳感器、出水溫度傳感器、進(jìn)風(fēng)口干球溫度傳感器、進(jìn)風(fēng)口濕球溫度傳感器、風(fēng)筒干球溫度傳感器和風(fēng)筒濕球溫度傳感器。上述流量計(jì)和進(jìn)水溫度傳感器均位于冷卻塔循環(huán)冷卻水的進(jìn)水口處；出水溫度傳感器位于冷卻塔循環(huán)冷卻水的出水口處；進(jìn)風(fēng)口干球溫度傳感器和進(jìn)風(fēng)口濕球溫度傳感器均位于冷卻塔的進(jìn)風(fēng)窗；風(fēng)筒干球溫度傳感器和風(fēng)筒濕球溫度傳感器均位于冷卻塔風(fēng)筒的頂端。本實(shí)用新型的有益效果如下(I)本實(shí)用新型使用太陽(yáng)能電池所發(fā)出的電能作為風(fēng)機(jī)和水泵運(yùn)行的主要能源，可減少冷卻塔系統(tǒng)對(duì)常規(guī)電能的消耗；當(dāng)太陽(yáng)能電池所發(fā)出的電能有富余時(shí)，富余電能可以通過混合變流器饋入電網(wǎng)，使太陽(yáng)能電池所發(fā)出的電能不會(huì)無謂浪費(fèi)，提高了對(duì)太陽(yáng)能電池的使用效益；(2)本實(shí)用新型可以為風(fēng)機(jī)和水泵提供穩(wěn)定持續(xù)的電能供應(yīng)，而不受天氣等環(huán)境條件影響，同時(shí)減少了蓄電池等能量?jī)?chǔ)存環(huán)節(jié)，降低了系統(tǒng)的造價(jià)；(3)本實(shí)用新型對(duì)水泵采用冷卻塔進(jìn)水溫度的恒溫控制，以維持冷卻塔高效運(yùn)行為原則調(diào)節(jié)冷卻塔循環(huán)水的循環(huán)速度，從而降低了水泵對(duì)循環(huán)水的無謂做功，節(jié)約了用以驅(qū)動(dòng)水泵運(yùn)行的大量電能；(4)本實(shí)用新型功能擴(kuò)展和設(shè)計(jì)比較靈活，可以靈活配置太陽(yáng)電池所發(fā)電能和常規(guī)電能的比例，也可以接入風(fēng)力發(fā)電等其他可再生能源或接入其他電動(dòng)機(jī)負(fù)載，實(shí)現(xiàn)多臺(tái)風(fēng)機(jī)電機(jī)和水泵電機(jī)的協(xié)同控制。

圖I為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本實(shí)施例的混合變流器的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中各標(biāo)號(hào)太陽(yáng)能電池1，混合變流器2，整流器21，直流變換器22，第一逆變器23，第二逆變器24，直流母線25，第一電壓傳感器26，第二電壓傳感器27，第一電動(dòng)機(jī)3，水泵4，第二電動(dòng)機(jī)及減速裝置5，風(fēng)機(jī)6，智能控制器7，傳感器組8，流量計(jì)81，進(jìn)水溫度傳感器82，出水溫度傳感器83，進(jìn)風(fēng)口干球溫度傳感器84，進(jìn)風(fēng)口濕球溫度傳感器85，風(fēng)筒干球溫度傳感器86，風(fēng)筒濕球溫度傳感器87。
具體實(shí)施方式
為使本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達(dá)成目的與功效易于明白了解，下面結(jié)合具體實(shí)施方式
，進(jìn)一步闡述本實(shí)用新型。[0020]參見圖I和圖2，本實(shí)用新型包括太陽(yáng)能電池I、第一電動(dòng)機(jī)3、與第一電動(dòng)機(jī)3輸出端相連接的水泵4、第二電動(dòng)機(jī)及減速裝置5、與第二電動(dòng)機(jī)及減速裝置5輸出端相連接的風(fēng)機(jī)6、與太陽(yáng)能電池I輸出端相連接的混合變流器2、智能控制器7和傳感器組8。混合變流器2的輸出端與第一電動(dòng)機(jī)3和第二電動(dòng)機(jī)及減速裝置5的輸入端相連接；傳感器組8的信 號(hào)輸出端與智能控制器7的信號(hào)輸入端連接；智能控制器7的信號(hào)輸出端與混合變流器2的信號(hào)輸入端連接，同時(shí)混合變流器2的信號(hào)輸出端也與智能控制器7的信號(hào)輸入端連接。本實(shí)施例中，智能控制器7為數(shù)字信號(hào)處理器或其他單片機(jī)系統(tǒng)。本實(shí)施例的混合變流器2包括通過三根電源接線端子與工頻電源相連接的整流器21、與太陽(yáng)能電池I輸出端相連接的直流變換器22、第一逆變器23、第二逆變器24、第一電壓傳感器26、第二電壓傳感器27和直流母線25 ;第一電壓傳感器26用于測(cè)量直流母線25兩端的電壓；第二電壓傳感器27用于測(cè)量太陽(yáng)能電池I的輸出電壓。整流器21和直流變換器22的輸出端分別與直流母線25的正負(fù)極連接；第一逆變器23和第二逆變器24的輸入端分別與直流母線25的正負(fù)極連接；第一電壓傳感器26的正負(fù)兩端分別與直流母線25的正負(fù)極連接，第二電壓傳感器27的正負(fù)兩端分別與直流變換器22的輸入端正負(fù)極連接。本實(shí)施例的傳感器組8包括分別與智能控制器7輸入端相連接的流量計(jì)81、進(jìn)水溫度傳感器82、出水溫度傳感器83、進(jìn)風(fēng)口干球溫度傳感器84、進(jìn)風(fēng)口濕球溫度傳感器85、風(fēng)筒干球溫度傳感器86和風(fēng)筒濕球溫度傳感器87。流量計(jì)81和進(jìn)水溫度傳感器82均位于冷卻塔循環(huán)冷卻水管路的進(jìn)水口處；出水溫度傳感器83位于冷卻塔循環(huán)冷卻水管路的出水口處；進(jìn)風(fēng)口干球溫度傳感器84和進(jìn)風(fēng)口濕球溫度傳感器85均位于冷卻塔的進(jìn)風(fēng)窗；風(fēng)筒干球溫度傳感器86和風(fēng)筒濕球溫度傳感器87均位于冷卻塔風(fēng)筒的頂端?；谀芰抗芾砗椭悄芸刂频奶?yáng)能冷卻塔的控制內(nèi)容主要包括對(duì)混合變流器2的供電側(cè)整流器21及直流變換器22的控制和對(duì)負(fù)荷側(cè)第一逆變器23及第二逆變器24的控制。對(duì)混合變流器2的供電側(cè)整流器21及直流變換器22進(jìn)行控制的主要目的是對(duì)太陽(yáng)能電池I所發(fā)電能和工頻電源所供電能進(jìn)行能量管理，合理調(diào)節(jié)兩者之間的比例，保證為水泵4和風(fēng)機(jī)6提供穩(wěn)定持續(xù)的電能供應(yīng)。智能控制器7采用基于能量管理的智能控制方法對(duì)所述混合變流器2的供電側(cè)整流器21及直流變換器22進(jìn)行控制，智能控制器7根據(jù)負(fù)荷側(cè)電量消耗情況和供電側(cè)電能供應(yīng)情況控制混合變流器2的工作模式，調(diào)節(jié)混合變流器2的工作狀態(tài)，具體包括以下幾個(gè)步驟(11)第一電壓傳感器26和第二電壓傳感器27分別采集混合變流器2的直流母線25兩端的電壓Vls和太陽(yáng)能電池I的輸出電壓V2s，并將所采集的數(shù)據(jù)送給智能控制器7 ；(12)智能控制器7判斷Vls和V2s是否分別大于直流母線25兩端電壓設(shè)定值和太陽(yáng)能電池I輸出電壓設(shè)定值；直流母線25兩端電壓設(shè)定值和太陽(yáng)能電池I輸出電壓設(shè)定值分別為=V1JAV1和V20+ Λ V2，其中Vltl為直流母線25兩端電壓的設(shè)計(jì)值，Δ V1為相應(yīng)設(shè)計(jì)所允許的電壓偏差，V2tl為直流變換器22輸入端電壓的設(shè)計(jì)值，AV2為相應(yīng)設(shè)計(jì)所允許的電壓偏差；當(dāng)太陽(yáng)能電池I的輸出電壓V2s大于太陽(yáng)能電池I輸出電壓設(shè)定值V2tl+Δ V2,且直流母線25兩端的電壓Vls大于直流母線25兩端電壓設(shè)定值V1JAV1,則轉(zhuǎn)向步驟(13)；當(dāng) 太陽(yáng)能電池I的輸出電壓V2s大于太陽(yáng)能電池I輸出電壓設(shè)定值V2tl+Λ V2,且直流母線25兩端的電壓Vls小于直流母線25兩端電壓設(shè)定值V1JAV1,則轉(zhuǎn)向步驟(14)；當(dāng)太陽(yáng)能電池I的輸出電壓V2s小于太陽(yáng)能電池I輸出電壓設(shè)定值V2tl+Λ V2,則轉(zhuǎn)向步驟(15)；步驟(13):則說明太陽(yáng)能電池I所發(fā)出的電能符合要求，直流變換器22處于工作狀態(tài)，供電側(cè)的整流器21和直流變換器22的電能輸入大于負(fù)荷側(cè)的第一逆變器23和第二逆變器24的電能輸出；太陽(yáng)能電池I所發(fā)出的電能足以同時(shí)驅(qū)動(dòng)水泵4和風(fēng)機(jī)6運(yùn)轉(zhuǎn)并有富余，系統(tǒng)不耗費(fèi)常規(guī)電能，智能控制器7控制整流器21工作于逆變模式，將直流母線25的直流電逆變?yōu)榉想娋W(wǎng)要求的交流電饋入電網(wǎng)，同時(shí)維持直流母線25兩端的電壓Vls穩(wěn)定在V1JAV1和Vltl-AV1之間，此時(shí)智能控制器7控制混合變流器2工作于第一種工作模式；步驟(14):則說明太陽(yáng)能電池I所發(fā)出的電能符合要求，直流變換器22處于工作狀態(tài)，負(fù)荷側(cè)的第一逆變器23和第二逆變器24的電能輸出大于供電側(cè)的整流器21和直流變換器22的電能輸入；太陽(yáng)能電池I所發(fā)出的電能不足以同時(shí)驅(qū)動(dòng)水泵4和風(fēng)機(jī)6運(yùn)轉(zhuǎn)，智能控制器7控制混合變流器2的整流器21工作于整流模式，將工頻電源的交流電整流為直流電經(jīng)直流母線25輸送給第一逆變器23和第二逆變器24，并逐漸增大電能的輸入，維持直流母線25兩端的電壓Vls穩(wěn)定在Vltl+ Δ V1和Vltl- Δ V1之間，此時(shí)智能控制器7控制混合變流器2工作于第二種工作模式；步驟(15):則說明太陽(yáng)能電池I所發(fā)出的電能不符合要求，直流變換器22停止工作；智能控制器7控制混合變流器2的整流器21工作于整流模式并依據(jù)直流母線25兩端電壓Vls的變化控制常規(guī)電能輸入的多少，水泵4和風(fēng)機(jī)6完全由常規(guī)電能驅(qū)動(dòng)，此時(shí)智能控制器7控制混合變流器2工作于第三種工作模式；以上基于能量管理的控制方法可以使太陽(yáng)能電池I始終工作在高效率的工作點(diǎn)，最大限度地發(fā)揮太陽(yáng)能電池I的發(fā)電能力，也使太陽(yáng)能電池I所發(fā)出的電能完全得到利用，同時(shí)也可保證系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。智能控制器7對(duì)直流變換器22進(jìn)行控制以實(shí)現(xiàn)將太陽(yáng)能電池I所發(fā)出的電壓較低且幅值不穩(wěn)定的直流電能變換為電壓較高且幅值穩(wěn)定的直流電能，經(jīng)直流母線25輸送給第一逆變器23和第二逆變器24，同時(shí)對(duì)太陽(yáng)能電池I的最大功率點(diǎn)進(jìn)行跟蹤，使太陽(yáng)能電池I以較高的效率發(fā)電。對(duì)混合變流器2的負(fù)荷側(cè)第一逆變器23及第二逆變器24的控制主要用于對(duì)第一電動(dòng)機(jī)3和第二電動(dòng)機(jī)及減速裝置5進(jìn)行調(diào)速控制，在對(duì)冷卻塔運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，以整體耗能最少的原則對(duì)水泵4和風(fēng)機(jī)6進(jìn)行協(xié)同控制，從而實(shí)現(xiàn)水泵4和風(fēng)機(jī)6的節(jié)能運(yùn)行。智能控制器7采用進(jìn)水溫度負(fù)反饋的控制方法對(duì)混合變流器2的第一逆變器23進(jìn)行控制，智能控制器7根據(jù)冷卻塔循環(huán)冷卻水的進(jìn)水溫度控制第一逆變器23輸出電能的頻率，調(diào)節(jié)水泵4的工作狀態(tài)，具體包括以下幾個(gè)步驟步驟(21):傳感器組8的進(jìn)水溫度傳感器82采集冷卻塔循環(huán)冷卻水的進(jìn)水溫度tls并將所采集的數(shù)據(jù)送給智能控制器7。步驟(22):智能控制器7判斷冷卻塔循環(huán)冷卻水的進(jìn)水溫度tls是否高于進(jìn)水溫度設(shè)定值LdAt1 ；當(dāng)冷卻塔循環(huán)冷卻水的進(jìn)水溫度tls高于進(jìn)水溫度設(shè)定值t1(l+Atl，則轉(zhuǎn)向步驟
(23)；當(dāng)冷卻塔循環(huán)冷卻水的進(jìn)水溫度tls低于進(jìn)水溫度設(shè)定值t1(l+Atl，則轉(zhuǎn)向步驟
(24)；當(dāng)冷卻塔循環(huán)冷卻水的進(jìn)水溫度tls在進(jìn)水溫度設(shè)定值附近允許的范圍t1(l+ Δ和LcrAt1之間波動(dòng)，則轉(zhuǎn)向步驟(25)；步驟(23):則說明熱負(fù)荷端需要散發(fā)的熱量增加，單位流量冷卻塔循環(huán)冷卻水所承載的熱量增加；智能控制器7控制第一逆變器23及第一電動(dòng)機(jī)3的工作頻率增加，從而增大水泵4的流量和揚(yáng)程，加快冷卻塔循環(huán)冷卻水的循環(huán)冷卻速度，進(jìn)而使冷卻塔循環(huán)冷卻水的進(jìn)水溫度tls恢復(fù)至進(jìn)水溫度設(shè)定值設(shè)定值t1(l+ Δ ti和t1(l_ Δ ti之間；步驟(24):則說明熱負(fù)荷端需要散發(fā)的熱量減少，單位流量冷卻塔循環(huán)冷卻水所承載的熱量減少；智能控制器7控制第一逆變器23及第一電動(dòng)機(jī)3的工作頻率逐漸減小，從而減小水泵4的流量和揚(yáng)程，降低冷卻塔循環(huán)冷卻水的循環(huán)冷卻速度，冷卻塔循環(huán)冷卻水的熱量逐漸累積，進(jìn)而使冷卻塔循環(huán)冷卻水的進(jìn)水溫度tls逐漸升高恢復(fù)至進(jìn)水溫度設(shè)定值t1(l+ Δ 和 t1(l_ Δ 之間；步驟(25):則說明當(dāng)前冷卻塔的運(yùn)行狀態(tài)符合要求；智能控制器7不必改變第一逆變器23及第一電動(dòng)機(jī)3的工作頻率。由于水泵4的輸出功率與水泵4工作頻率的三次方成正比，因此降低水泵4的工作頻率可使第一電動(dòng)機(jī)3對(duì)冷卻水做的有用功大幅下降，盡管水泵4和第一電動(dòng)機(jī)3在低于額定頻率的條件下效率會(huì)有所降低，但整體上仍可使水泵4及第一電動(dòng)機(jī)3節(jié)約大量電能。利用冷卻塔的進(jìn)水溫度tls作為控制量對(duì)水泵4進(jìn)行調(diào)速控制，也增大了冷卻塔單位流量下的散熱空間以及冷卻塔填料的散熱面積，有利于充分發(fā)揮冷卻塔固定部件的散熱性能，降低對(duì)風(fēng)量的需求，從而有利于實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)6的節(jié)能運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)最優(yōu)的節(jié)能效果。此外，在我國(guó)北方等冬季嚴(yán)寒地區(qū)也可以有效防止循環(huán)冷卻水的結(jié)冰現(xiàn)象。本實(shí)施例中，智能控制器7采用基于最小焓差控制的智能控制方法對(duì)混合變流器2的第二逆變器24進(jìn)行控制，智能控制器7通過計(jì)算冷卻塔運(yùn)行所需的空氣最小焓差值確定第二逆變器24工作頻率的初始參考量，而后采用出水溫度負(fù)反饋的閉環(huán)控制校正誤差(主要思想是通過充分利用單位質(zhì)量空氣吸收熱量，盡量減少冷卻塔在正常工作時(shí)對(duì)風(fēng)量的需求并實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)控制，從而可以減少風(fēng)機(jī)6電機(jī)的功率，實(shí)現(xiàn)節(jié)能。步驟(31) 步驟(35)中具體各個(gè)參數(shù)的計(jì)算步驟是現(xiàn)有知識(shí)和技術(shù)，已廣泛應(yīng)用于冷卻塔的設(shè)計(jì)當(dāng)中)，具體包括以下幾個(gè)步驟[0059]步驟(31):傳感器組8的流量計(jì)81、進(jìn)水溫度傳感器82、出水溫度傳感器83、進(jìn)風(fēng)口干球溫度傳感器84、進(jìn)風(fēng)口濕球溫度傳感器85、風(fēng)筒干球溫度傳感器86和風(fēng)筒濕球溫度傳感器87分別采集冷卻塔循環(huán)冷卻水的流量Q、冷卻塔循環(huán)冷卻水的進(jìn)水溫度tls、冷卻塔循環(huán)冷卻水的出水溫度t2s、冷卻塔的進(jìn)風(fēng)口干球溫度Θ i、冷卻塔的進(jìn)風(fēng)口濕球溫度τ i、冷卻塔的風(fēng)筒干球溫度θ2和冷卻塔的風(fēng)筒濕球溫度τ2，并將所采集的數(shù)據(jù)送給智能控制器7 ；步驟(32):智能控制器7根據(jù)冷卻塔循環(huán)冷卻水的流量Q、冷卻塔循環(huán)冷卻水的進(jìn)水溫度tls和冷卻塔循環(huán)冷卻水的出水溫度t2s，可以計(jì)算總換熱量，進(jìn)而依據(jù)冷卻塔已知的總換熱時(shí)間，計(jì)算最小換熱速率、需要的空氣最小焓差值和進(jìn)塔空氣飽和焓值i/及出塔空氣飽和焓值i2'；智能控制器7根據(jù)冷卻塔的進(jìn)風(fēng)口干球溫度Θ i、冷卻塔的進(jìn)風(fēng)口濕球溫度τ i、冷卻塔的風(fēng)筒干球溫度θ2和冷卻塔的風(fēng)筒濕球溫度τ2，可以計(jì)算進(jìn)塔空氣焓值^和出塔空氣焓值I2 ;步驟(33):根據(jù)冷卻塔的進(jìn)塔空氣飽和焓值i/、進(jìn)塔空氣焓值I1、出塔空氣飽和焓值V、出塔空氣焓值12、空氣最小焓差值，并依據(jù)氣、水交換平衡方程(氣、水交換平衡方程為公知常識(shí))，可以確定冷卻塔空氣工作線的斜率，進(jìn)而確定冷卻塔工作的動(dòng)態(tài)氣水比λ和風(fēng)量G ；步驟(34):根據(jù)冷卻塔風(fēng)量和風(fēng)機(jī)6轉(zhuǎn)速的對(duì)應(yīng)關(guān)系及步驟(33)計(jì)算得到的冷卻塔風(fēng)量，可以最終確定風(fēng)機(jī)6轉(zhuǎn)速、第二逆變器24和第二電動(dòng)機(jī)及減速裝置5的工作頻率；步驟(35):在第二逆變器24確定輸出電壓的工作頻率之后，智能控制器7將利用冷卻塔循環(huán)冷卻水的出水溫度t2s作為反饋量進(jìn)行閉環(huán)控制，進(jìn)一步校正第二逆變器24的工作頻率所存在的誤差。冷卻塔循環(huán)冷卻水和冷卻空氣焓的變化對(duì)冷卻塔的冷卻效果具有決定作用。兩者之間的焓差A(yù)i大，則冷卻塔的冷卻推動(dòng)力越大，熱交換效果越好，但維持較大的焓差A(yù)i同時(shí)需要較大的風(fēng)量，需要耗費(fèi)驅(qū)動(dòng)風(fēng)機(jī)6的大量能源。若兩者之間的焓差A(yù)i小，則冷卻塔的冷卻推動(dòng)力越小，熱交換效果下降，同時(shí)需要較小的風(fēng)量，耗費(fèi)較小的能源。本實(shí)用新型的控制方法根據(jù)冷卻塔塔體結(jié)構(gòu)確定冷卻塔的最小換熱速率及最小焓差△ i，并在循環(huán)水冷卻的過程中保持焓差不變，以充分發(fā)揮冷卻塔填料等非耗能部件的換熱性能，實(shí)現(xiàn)對(duì)冷卻塔散熱空間以及填料散熱面積的充分利用，從而在保證冷卻塔冷卻效果的同時(shí)，最大程度地節(jié)約能源。本實(shí)用新型基于能量管理和智能控制的太陽(yáng)能冷卻塔以太陽(yáng)能電池I所發(fā)出電能做為優(yōu)先動(dòng)力，以常規(guī)電能做為輔助動(dòng)力驅(qū)動(dòng)水泵4和風(fēng)機(jī)6運(yùn)轉(zhuǎn)，兩種電能通過混合變流器2輸送給第一電動(dòng)機(jī)3和第二電動(dòng)機(jī)及減速裝置5。混合變流器2是一個(gè)電能變換設(shè)備，主要用于將太陽(yáng)能電池I所發(fā)出的電能和常規(guī)電能加以變換進(jìn)而驅(qū)動(dòng)第一電動(dòng)機(jī)3和第二電動(dòng)機(jī)及減速裝置5，并對(duì)第一電動(dòng)機(jī)3和第二電動(dòng)機(jī)及減速裝置5實(shí)現(xiàn)調(diào)速控制。整流器21用于工頻電源和直流母線25之間的電能轉(zhuǎn)換，當(dāng)需要工頻電源供電時(shí)，整流器21工作于整流模式，將工頻電源的交流電整流為直流電經(jīng)直流母線25輸送給第一逆變器23和第二逆變器24 ;當(dāng)太陽(yáng)能電池I所發(fā)出電能有富余時(shí)，整流器21工作于逆變模式，將來自直流母線25的富余電能逆變?yōu)楣ゎl的交流電，輸送給工頻電源。直流變換器22用于將太陽(yáng)能電池I所發(fā)出的電壓較低且不穩(wěn)定的電能變換為電壓較高且穩(wěn)定的電能，經(jīng)直流母線25輸送給第一逆變器23和第二逆變器24，同時(shí)對(duì)太陽(yáng)能電池I的最大功率點(diǎn)進(jìn)行跟蹤，使太陽(yáng)能電池I以較高的效率發(fā)電。第一逆變器23將來自直流母線25的直流電逆變?yōu)榻涣麟?，?qū)動(dòng)第一電動(dòng)機(jī)3運(yùn)轉(zhuǎn)，同時(shí)通過調(diào)節(jié)輸出交流電的頻率對(duì)第一電動(dòng)機(jī)3進(jìn)行調(diào)速控制。第二逆變器24將來自直流母線25的直流電逆變?yōu)榻涣麟?，?qū)動(dòng)第二電動(dòng)機(jī)及減速裝置5運(yùn)轉(zhuǎn)，同時(shí)通過調(diào)節(jié)輸出交流電的頻率對(duì)第二電動(dòng)機(jī)及減速裝置5進(jìn)行調(diào)速控制。 第一電壓傳感器26用于測(cè)量直流母線25兩端的電壓，第二電壓傳感器27用于測(cè)量太陽(yáng)能電池I的輸出電壓?；旌献兞髌?主要有三種工作模式。第一種工作模式當(dāng)太陽(yáng)能電池I所發(fā)出的電能足以同時(shí)驅(qū)動(dòng)第一電動(dòng)機(jī)3和第二電動(dòng)機(jī)及減速裝置5運(yùn)轉(zhuǎn)并有富余時(shí)，整流器21工作于逆變模式，將太陽(yáng)能電池I所發(fā)出電能的富余部分變換為符合電網(wǎng)要求的交流電，然后饋入電網(wǎng)；第二種工作模式當(dāng)太陽(yáng)能電池I所發(fā)出的電能不足以同時(shí)驅(qū)動(dòng)第一電動(dòng)機(jī)3和第二電動(dòng)機(jī)及減速裝置5運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，整流器21工作于整流模式，將工頻電源的交流電進(jìn)行整流變換，工頻電源和太陽(yáng)能電池I通過混合變流器2共同為水泵4電機(jī)和風(fēng)機(jī)6電機(jī)供電；第三種工作模式當(dāng)太陽(yáng)能不發(fā)出電能時(shí)，整流器21工作于整流模式，工頻電源的交流電經(jīng)混合變流器2變換后單獨(dú)為第一電動(dòng)機(jī)3和第二電動(dòng)機(jī)及減速裝置5供電，此時(shí)混合變流器2的直流變換器22停止工作，阻止電能由直流母線25流向太陽(yáng)能電池I。由于太陽(yáng)能電池I所發(fā)出的電能恰好能夠驅(qū)動(dòng)第一電動(dòng)機(jī)3和第二電動(dòng)機(jī)的時(shí)候比較少，混合變流器2中的整流器21很少停止工作，因此混合變流器2基本以以上三個(gè)工作模式工作。以上顯示和描述了本實(shí)用新型的基本原理和主要特征和本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本實(shí)用新型不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說明書中描述的只是說明本實(shí)用新型的原理，在不脫離本實(shí)用新型精神和范圍的前提下，本實(shí)用新型還會(huì)有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本實(shí)用新型范圍內(nèi)。本實(shí)用新型要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書及其等效物界定。
權(quán)利要求1.一種基于能量管理和智能控制的太陽(yáng)能冷卻塔，包括太陽(yáng)能電池(I)、第一電動(dòng)機(jī)(3)、與第一電動(dòng)機(jī)(3)輸出端相連接的水泵(4)、第二電動(dòng)機(jī)及減速裝置(5)、與第二電動(dòng)機(jī)及減速裝置(5)輸出端相連接的風(fēng)機(jī)￠)，其特征在于，還包括與太陽(yáng)能電池(I)輸出端相連接的混合變流器(2)、智能控制器(7)和傳感器組(8)；所述混合變流器(2)的輸出端與第一電動(dòng)機(jī)(3)和第二電動(dòng)機(jī)及減速裝置(5)的輸入端相連接；所述傳感器組(8)的信號(hào)輸出端與智能控制器(7)的信號(hào)輸入端連接；所述智能控制器(7)的信號(hào)輸出端與混合變流器(2)的信號(hào)輸入端連接，同時(shí)所述混合變流器(2)的信號(hào)輸出端也與智能控制器(7)的信號(hào)輸入端連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于能量管理和智能控制的太陽(yáng)能冷卻塔，其特征在于，所述混合變流器(2)包括與工頻電源相連接的整流器(21)、與太陽(yáng)能電池(I)輸出端相連接的直流變換器(22)、第一逆變器(23)、第二逆變器(24)、第一電壓傳感器(26)、第二電壓傳感器(27)和直流母線(25)；所述整流器(21)和直流變換器(22)的輸出端分別與直流母線(25)的正負(fù)極連接；所述第一逆變器(23)和第二逆變器(24)的輸入端分別與直流母線(25)的正負(fù)極連接；所述第一電壓傳感器(26)的正負(fù)兩端分別與直流母線(25)的正負(fù)極連接，所述第二電壓傳感器(27)的正負(fù)兩端分別與直流變換器(22)的輸入端正負(fù)極連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于能量管理和智能控制的太陽(yáng)能冷卻塔，其特征在于，所述傳感器組(8)包括分別與智能控制器(7)輸入端相連接的流量計(jì)(81)、進(jìn)水溫度傳感器(82)、出水溫度傳感器(83)、進(jìn)風(fēng)口干球溫度傳感器(84)、進(jìn)風(fēng)口濕球溫度傳感器(85)、風(fēng)筒干球溫度傳感器(86)和風(fēng)筒濕球溫度傳感器(87)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于能量管理和智能控制的太陽(yáng)能冷卻塔，其特征在于，所述流量計(jì)(81)和進(jìn)水溫度傳感器(82)均位于冷卻塔循環(huán)冷卻水的進(jìn)水口處；所述出水溫度傳感器(83)位于冷卻塔循環(huán)冷卻水的出水口處；所述進(jìn)風(fēng)口干球溫度傳感器(84)和進(jìn)風(fēng)口濕球溫度傳感器(85)均位于冷卻塔的進(jìn)風(fēng)窗；所述風(fēng)筒干球溫度傳感器(86)和風(fēng)筒濕球溫度傳感器(87)均位于冷卻塔風(fēng)筒的頂端。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種基于能量管理和智能控制的太陽(yáng)能冷卻塔，包括太陽(yáng)能電池、第一電動(dòng)機(jī)、水泵、第二電動(dòng)機(jī)及減速裝置、風(fēng)機(jī)、與太陽(yáng)能電池輸出端相連的混合變流器、智能控制器和傳感器組；混合變流器輸出端與第一電動(dòng)機(jī)和第二電動(dòng)機(jī)及減速裝置輸入端相連接；傳感器組信號(hào)輸出端與智能控制器信號(hào)輸入端連接；智能控制器輸出端與混合變流器信號(hào)輸入端連接，混合變流器信號(hào)輸出端與智能控制器信號(hào)輸入端連接。在控制過程中智能控制器應(yīng)用能量管理的辦法利用混合變流器的合理分配電能的流向，應(yīng)用進(jìn)水溫度負(fù)反饋控制方法及最小焓差控制方法分別對(duì)第一電動(dòng)機(jī)和第二電動(dòng)機(jī)及減速裝置進(jìn)行智能化調(diào)速控制，在保證運(yùn)行可靠性前提下，取得節(jié)能效果。
文檔編號(hào)F28F27/00GK202361880SQ201120487479
公開日2012年8月1日 申請(qǐng)日期2011年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月30日
發(fā)明者史金華, 張國(guó)強(qiáng), 費(fèi)笑勇, 郭潤(rùn)睿 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院電工研究所, 南京大洋冷卻塔股份有限公司