一種分布式電熱蓄能供暖控制系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于電氣工程技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種分布式電熱蓄能供暖控制系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]傳統(tǒng)的供暖控制系統(tǒng)缺乏控制與節(jié)能手段，無法通過環(huán)境溫度以及用戶需要進行溫度調(diào)節(jié)。普遍在低負荷、低效率下運行，實際供暖面積只有設(shè)備能力的40%左右，采暖能耗為相近氣候條件國家的3~5倍，能源浪費十分嚴重。同時，供熱品質(zhì)也很差，室溫冷熱不均，室內(nèi)冷熱不均，室內(nèi)沒有溫控設(shè)備，用戶本身無法調(diào)節(jié)室溫。不僅沒有滿足用戶的需求而且造成了大量的能源浪費。
[0003]傳統(tǒng)的采暖鍋爐都是燃煤鍋爐，它的初投資較小，供暖費用也較低，但對大氣污染很嚴重，國家決定在大中城市逐步淘汰現(xiàn)有的燃煤鍋爐；采用燃油、燃氣雖然能降低大氣污染程度，但供暖運行費用很高。而電鍋爐運行費用較高的主要原因在于電費較高。若能降低電費，電鍋爐運行費用也將相應(yīng)地降低。峰谷分時電價的出臺給電鍋爐的發(fā)展和電儲熱技術(shù)的應(yīng)用帶來了契機。
[0004]在晚上電低谷期間，機組利用廉價低谷電自動加熱，將電能轉(zhuǎn)換成熱能并儲存在儲熱體內(nèi)，根據(jù)用戶熱量需求逐步自控釋放，將輸入的冷水加熱后，多時段、定時、任意溫度輸出。傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)由于封閉性、儀器間相互配合較差；硬件價格昂貴，儀器間一般無法相互利用，而且升級成本較高，且升級必須上門服務(wù)；功能單一，只能連接有限的獨立設(shè)備，儀器功能只有廠家能定義；開發(fā)與維護開銷高，技術(shù)更新周期長。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明提供一種分布式電熱蓄能供暖控制系統(tǒng)及方法。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案是:
一種分布式電熱蓄能供暖控制系統(tǒng)，包括溫度傳感器、信號處理裝置、上位機、電蓄熱供暖控制器、控制執(zhí)行機構(gòu)和電蓄熱鍋爐；
該系統(tǒng)采用雙閉環(huán)控制方式:
各溫度傳感器分別安裝在各個供暖環(huán)境中，溫度傳感器的輸出端連接信號處理裝置的輸入端，信號處理裝置的輸出端經(jīng)數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)連接至上位機，構(gòu)成對供暖環(huán)境的閉環(huán)控制；上位機分別經(jīng)數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)連接至各電蓄熱供暖控制器的輸入端，各電蓄熱供暖控制器的輸出端連接控制執(zhí)行機構(gòu)的輸入端，控制執(zhí)行機構(gòu)的輸出端連接各電蓄熱鍋爐的輸入端，各電蓄熱鍋爐連接至供暖管道，同時電蓄熱鍋爐內(nèi)部的溫度傳感器將溫度信息實時反饋給電蓄熱供暖控制器，構(gòu)成對電蓄熱鍋爐溫度的閉環(huán)控制。
[0007]所述電蓄熱供暖控制器包括PLC和變頻器；
PLC的信號量控制輸入輸出端經(jīng)斷路器連接至電蓄熱鍋爐，PLC的模擬量輸出端連接變頻器的控制輸入端，變頻器的功率輸入端經(jīng)變壓器連接至電網(wǎng)，變頻器的功率輸出端連接至控制執(zhí)行機構(gòu)的輸入端。
[0008]所述控制執(zhí)行機構(gòu)包括可調(diào)速風機和熱交換器；可調(diào)速風機的輸入端連接電蓄熱供暖控制器的輸出端，可調(diào)速風機的輸出端連接換熱器的輸入端，換熱器的輸出端連接各電蓄熱鍋爐的輸入端。
[0009]所述上位機中設(shè)置有報警模塊、分層溫度檢測控制模塊、電蓄熱鍋爐運行監(jiān)測模塊、環(huán)境因素分析模塊、供暖系統(tǒng)運行監(jiān)測模塊和經(jīng)濟收益模塊；
報警模塊用于在電蓄熱鍋爐內(nèi)溫度高于預(yù)設(shè)溫度、電蓄熱鍋爐出現(xiàn)過電壓過電流或者供暖環(huán)境內(nèi)出現(xiàn)異常溫度時，進行報警提示；
分層溫度檢測控制模塊用于對分布在各供暖環(huán)境內(nèi)的多個溫度傳感器采集來的溫度進行分析，如果某溫度傳感器采集來的溫度超出預(yù)設(shè)溫度范圍，則對該溫度傳感器對應(yīng)的電蓄熱鍋爐運行進行調(diào)整；
電蓄熱鍋爐運行監(jiān)測模塊用于對電蓄熱鍋爐內(nèi)部的溫度以及其進水口的溫度、出水口的溫度進行監(jiān)控，當電蓄熱鍋爐內(nèi)部的溫度超出900 V -1200 °C范圍、進水口的溫度偏離550C ±3°C，或出水口的溫度偏離50°C ±3°C時，上位機下發(fā)指令對相應(yīng)電蓄熱鍋爐運行進行調(diào)整；
環(huán)境因素分析模塊用于獲取當天的溫度和風速信息確定最佳供暖溫度，根據(jù)最佳供暖溫度控制電蓄熱鍋爐供暖；
供暖系統(tǒng)運行監(jiān)測模塊用于監(jiān)測電蓄熱鍋爐的冷水管溫度、熱水管溫度、混合水管溫度、供暖回水溫度/循環(huán)水管溫度、燃氣管道溫度，實時監(jiān)測供暖控制系統(tǒng)的正常運行；經(jīng)濟收益模塊用于統(tǒng)計總儲能概況、總用能概況、經(jīng)濟收益以及回收預(yù)計時間。
[0010]所述PLC中設(shè)置有定時控制模塊、儲熱控制模塊、水溫控制模塊和遠程控制模塊； 定時控制模塊:根據(jù)電網(wǎng)負荷情況自動投切負荷，即用電低谷時儲電，用電高峰時放電，以緩解電網(wǎng)峰谷矛盾；
儲熱控制模塊:用于當電蓄熱鍋爐內(nèi)部的溫度傳感器實時監(jiān)控的電蓄熱鍋爐內(nèi)部的溫度超過預(yù)設(shè)溫度范圍上限或低于預(yù)設(shè)溫度范圍下限時，控制電蓄熱鍋爐的斷路器的斷開或連通；
水溫控制模塊:用于根據(jù)電蓄熱鍋爐內(nèi)部的溫度傳感器實時監(jiān)控的電蓄熱鍋爐進水口的溫度、出水口的溫度，控制變頻器調(diào)節(jié)可調(diào)速風機的轉(zhuǎn)速，以調(diào)節(jié)換熱交換器的輸出熱量;
遠程控制模塊:用于與上位機遠程交互。
[0011]采用所述的分布式電熱蓄能供暖控制系統(tǒng)的分布式電熱蓄能供暖控制方法，包括以下步驟:
步驟1:上位機獲取當天的溫度和風速信息確定最佳供暖溫度，將該最佳供暖溫度經(jīng)數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)傳輸至電蓄熱供暖控制器；
步驟2:上位機設(shè)定供暖環(huán)境的預(yù)設(shè)溫度范圍、電蓄熱鍋爐內(nèi)部的預(yù)設(shè)溫度范圍、電蓄熱鍋爐進水口的溫度閾值，電蓄熱鍋爐出水口的溫度閾值；
步驟3:電蓄熱供暖控制器設(shè)置電網(wǎng)用電高峰時間段和電網(wǎng)用電低谷時間段；
步驟4:電蓄熱供暖控制器通過控制執(zhí)行機構(gòu)控制電蓄熱鍋爐按照當前最佳供暖溫度對各供暖環(huán)境進行供暖，電蓄熱供暖控制器通過控制執(zhí)行機構(gòu)控制電蓄熱鍋爐在用電低谷時間段儲電和在用電高峰時間段放電；
步驟5:電蓄熱鍋爐內(nèi)部的溫度傳感器實時監(jiān)控的電蓄熱鍋爐內(nèi)部的溫度，安裝在各供暖環(huán)境的溫度傳感器實時采集供暖環(huán)境內(nèi)的溫度；上位機實時監(jiān)測電蓄熱鍋爐的冷水管溫度、熱水管溫度、混合水管溫度、供暖回水溫度/循環(huán)水管溫度、燃氣管道溫度；
步驟6:采集到的供暖環(huán)境內(nèi)的溫度傳給信號處理裝置；
步驟7:信號處理裝置將Modbus的通訊協(xié)議轉(zhuǎn)換成TCP/IP的通訊協(xié)議，并將供暖環(huán)境內(nèi)的溫度信息傳遞給上位機；
步驟8:如果供暖環(huán)境內(nèi)的某溫度傳感器采集來的溫度超過預(yù)設(shè)溫度，則對該溫度傳感器對應(yīng)的電蓄熱鍋爐運行進行調(diào)整，控制變頻器調(diào)節(jié)可調(diào)速風機的轉(zhuǎn)速，以調(diào)節(jié)換熱交換器的輸出熱量；
步驟9:上位機對電蓄熱鍋爐內(nèi)部的溫度以及其進水口的溫度、出水口的溫度進行監(jiān)控，當電蓄熱鍋爐內(nèi)部的溫度超出預(yù)設(shè)溫度范圍、進水口的溫度偏離溫度閾值，或出水口的溫度偏離溫度閾值時，執(zhí)行步驟10 ；
步驟10:當電蓄熱鍋爐內(nèi)部的溫度超過預(yù)設(shè)溫度范圍上限或低于預(yù)設(shè)溫度范圍下限時，上位機下發(fā)控制指令，經(jīng)數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)傳輸至電蓄熱供暖控制器，控制電蓄熱鍋爐的斷路器的斷開或連通。
[0012]步驟I中所述的上位機獲取當天的溫度和風速信息確定最佳供暖溫度，具體如下:
(1)若當天的溫度不低于-9°C，確定最佳供暖溫度為55°C±3°C，即電蓄熱鍋爐進水口的溫度設(shè)定為55°C ±3°C ;
(2)若當天的溫度低于-9°C，則當天的溫度相對于-9°C每降低1°C，電蓄熱鍋爐進水口的溫度設(shè)定值升高0.5°