CN105570961A - 级联电加热蓄热炉供热***及其控制***和控制方法 - Google Patents

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姜立兵
邓英
邢作霞
康爱国
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Abstract

本发明涉及能源领域，具体为级联电加热蓄热炉供热***及其控制***和控制方法，包括云平台与连接的控制***；控制***，包括远程控制器和本地控制器，本地控制器主要包括协调控制器、热平衡控制器、鼓风机控制器和级联加热控制器；远程控制器与多个现场的本地控制器进行GPRS通讯数据联接，采用协调控制器的算法进行***运行程序控制，完成电加热蓄热炉的加热供暖、蓄热节能和电网负荷调度的功能。该供热***，能够蓄热，充分利用低谷电的能量，控制***和控制方法通过上层互联网和大数据云平台服务方式实现集中监控，按需取热智能控制，具有显著的环保效益和经济效益。

Description

级联电加热蓄热炉供热***及其控制***和控制方法
技术领域
本发明涉及能源领域，具体为级联电加热蓄热炉供热***及其控制***和控制方法。
背景技术
随着环境保护的要求越来越高，电加热炉逐步取代用煤锅炉，在一定程度上可以降低煤等化石燃料的低效直接燃烧，降低二氧化碳等气体的无序排放；但是传统电加热炉控制方法简单，不能实现远程和本地控制，不适用供暖***的及时调控需求。
发明内容
针对上述技术内容，本发明提供一种能适用于采暖供热的的电加热供热***及其控制***和控制方法。
具体技术方案为：
级联电加热蓄热炉供热***，包括电加热蓄热炉、换热器、变频风机，还包括云平台与连接的控制***；电加热蓄热炉内包含多点分布的加热元件和蓄热体；蓄热体中储存的高温热能通过变频风机利用风道循环***通过换热器与水循环***进行热量交换，水循环***由负载水泵进行流量调节，将热水提供至用户的末端设备中，水循环***中还包括补水装置。
级联电加热蓄热炉供热***的控制***，包括远程控制器和本地控制器，本地控制器主要包括协调控制器、热平衡控制器、鼓风机控制器和级联加热控制器；协调控制器分别与热平衡控制器、鼓风机控制器连接；热平衡控制器、鼓风机控制器分别与级联加热控制器连接；鼓风机控制器控制变频风机，级联加热控制器控制电加热蓄热炉的加热元件；
远程控制器与多个现场的本地控制器进行GPRS通讯数据联接，采用协调控制器的算法进行***运行程序控制，完成电加热蓄热炉的加热供暖、蓄热节能和电网负荷调度的功能。
级联电加热蓄热炉供热***的控制***的控制方法，云平台的远程控制器通过GPRS通讯器获得加热量和温度，送至协调控制器，同时协调控制器获取本地控制器参数、本地现场加热量设置参数和热力供暖监控参数，比较目标与实际热量之差，根据级联加热控制器输出和鼓风控制器，完成热量平衡控制器的热平衡控制，即电加热蓄热炉的加热蓄热的过程控制；当用户的热力供暖监控温度小于预设的温度，级联加热控制器和鼓风控制器，控制电加热蓄热炉向外输出热量，热力供暖监控监测用户温度，鼓风机工作一直到用户温度达到设定温度为止；
当用户温度大于设定温度时，鼓风机控制器控制鼓风机停止工作，放热过程结束，蓄热体加热蓄热器继续加热，直到热量平衡控制器实现加热和蓄热的控制要求。
其中，远程控制器的远程控制方法：
根据云平台传送至远程的数据和温度与加热量的关系，在远程建立一个控制规则，与本地控制器相配合使用；
由云平台数据，明日环境温度Tt，用户当地温度Tn；假设，要求达到的供暖温度为To，材料的比热为k，蓄热时间从t1至t2，则热量：
Q＝∫t1→t2[(To-Tt)k]dt+∫t1→t2[(To-Tn)k]dt
其中，t1到t2为低谷时刻的小段时间，每小时可划分出多段小段时间，从21时至6时共10小时；
当本地控制器不及时时，可通过远程控制器来调节电加热蓄热炉的加热量，当远程控制与本地控制出现分歧或不同步时，以当地监测调节为准。
其中，本地控制器的本地控制方法：
本地控制器接受远程和现场协调的控制目标，经过本地控制器的算法运算后，通过级联加热控制器实现加热蓄热控制；
用户预置采暖温度与实测温度相比较，得到温度差值△T，当△T>0时，级联加热控制器控制电加热蓄热炉的加热元件工作加热，当△T不大于0时，本地控制器、鼓风控制器和热平衡控制器的输出返回协调控制器进行再次循环控制。
其中，级联加热控制器的控制方法：
级联加热控制器为电加热蓄热炉的电加热蓄热控制***调节分布式炉丝控制组合，根据本地控制器设定的加热蓄热流程控制方法，实现级联加热控制；即通过分组控制各个不同功率加热元件的组合方式来改变调节加热量。
本发明提供的级联电加热蓄热炉供热***，能够蓄热，利用低谷电产热，充分利用低谷电的能量，利于消纳电网低峰电力，供热***采取分散布局的方式，直接接入用户终端，节省管网损耗，控制***和控制方法通过上层互联网和大数据云平台服务方式实现集中监控，按需取热智能控制，具有显著的环保效益和经济效益。
附图说明
图1是本发明的级联电加热蓄热炉供热***结构示意图；
图2是本发明的级联电加热蓄热炉供热***的控制***结构示意图；
图3是本发明的级联电加热蓄热炉供热***的控制***的控制流程图；
图4是本发明的本地控制器的控制流程图。
具体实施方式
结合附图说明本发明的具体实施方式。
以100kW的电加热蓄热炉为例。电加热蓄热炉的加热元件为加热丝，加热蓄热级联组合见表1。
表1加热蓄热级联组合配置表
级联电加热蓄热炉供热***，包括电加热蓄热炉1、换热器2、变频风机4，还包括云平台5与连接的控制***6；电加热蓄热炉1内包含多点分布的加热元件和蓄热体；蓄热体中储存的高温热能通过变频风机4利用风道循环***通过换热器2与水循环***进行热量交换，水循环***由负载水泵进行流量调节，将热水提供至用户的末端设备3中，水循环***中还包括补水装置7。
级联电加热蓄热炉供热***的控制***，如图2所示，包括远程控制器k-1和本地控制器k-7，本地控制器k-7主要包括协调控制器k-3、热平衡控制器k-9、鼓风机控制器k-8和级联加热控制器k-12；协调控制器k-3分别与热平衡控制器k-9、鼓风机控制器k-8连接；热平衡控制器k-9、鼓风机控制器k-8分别与级联加热控制器k-12连接；鼓风机控制器k-8控制变频风机4，级联加热控制器k-12控制电加热蓄热炉1的加热元件；
远程控制器k-1与多个现场的本地控制器k-7进行GPRS通讯数据联接，采用协调控制器k-3的算法进行***运行程序控制，完成电加热蓄热炉的加热供暖、蓄热节能和电网负荷调度的功能。
级联电加热蓄热炉供热***的控制***的控制流程如图3所示。
建立一个云平台5，并且应用GPRS，将云平台与电加热蓄热炉1各个本地监测器以及控制***6通讯。云平台5分为三个参数收集部分，基于当地的纬度、海拔、明日预测温度、电网潮流等条件，将温度参数、气象参数、电网参数输入到云平台5中，各个时刻本地监测器的实时监测值也上传至云平台5。远程控制器K-1通过智能学***台5中的实时监测数据汇集，远程工作人员可在远程进行控制。另一方面，云平台5中的各参数值、监测值要存储在RAM中，用作参数收集与调整。
由云平台5上的远程控制器k-1，预测明日夜间温度为0℃，夜间23时，设定用户温度为18℃，通过GPRS将预设参数值通讯至本地控制器k-7。本地控制器k-7的本地控制方法如图4所示。
用户的末端设备3当前温度每两小时监测一次，假设当地监测器显示用户的末端设备3实时温度为14℃，实时温度传输至远程控制器k-1。本地控制器k-7计算得温差需要散热量q＝40kWh，散热过程损失5kw，同时远程控制器k-1计算需要纯蓄热量为40kWh，所以加热蓄热量为85kW。级联加热控制器k-12采用级联组合方式调用50kW×1，20kWx1，10kW×1，5kW×1，四组加热丝工作，具体见表2。
表2加热蓄热级联组合炉丝控制表
当用户的末端设备3监测器显示已达到设定温度后，变频风机4停止工作，放热过程结束。蓄热器继续蓄热。
蓄热过程从21时至6时，共持续10小时。
蓄热量Q＝纯蓄热量+散热量。
表3低谷温度对应许热量一览表
经过一个夜晚的蓄热积累，蓄热过程完成，白天可以停止电加热，利用积累的热量散热供暖。

Claims (6)

1.级联电加热蓄热炉供热***，包括电加热蓄热炉(1)、换热器(2)、变频风机(4)，其特征在于，还包括云平台(5)与连接的控制***(6)；电加热蓄热炉(1)内包含多点分布的加热元件和蓄热体；蓄热体中储存的高温热能通过变频风机(4)利用风道循环***通过换热器(2)与水循环***进行热量交换，水循环***由负载水泵进行流量调节，将热水提供至用户的末端设备(3)中，水循环***中还包括补水装置(7)。
2.根据权利要求1所述的级联电加热蓄热炉供热***的控制***，其特征在于：包括远程控制器(k-1)和本地控制器(k-7)，本地控制器(k-7)主要包括协调控制器(k-3)、热平衡控制器(k-9)、鼓风机控制器(k-8)和级联加热控制器(k-12)；协调控制器(k-3)分别与热平衡控制器(k-9)、鼓风机控制器(k-8)连接；热平衡控制器(k-9)、鼓风机控制器(k-8)分别与级联加热控制器(k-12)连接；鼓风机控制器(k-8)控制变频风机(4)，级联加热控制器(k-12)控制电加热蓄热炉(1)的加热元件；
远程控制器(k-1)与多个现场的本地控制器(k-7)进行GPRS通讯数据联接，采用协调控制器(k-3)的算法进行***运行程序控制，完成电加热蓄热炉的加热供暖、蓄热节能和电网负荷调度的功能。
3.根据权利要求2所述的级联电加热蓄热炉供热***的控制***的控制方法，其特征在于：
云平台的远程控制器(k-1)通过GPRS通讯器(k-2)获得加热量和温度，送至协调控制器(k-3)，同时协调控制器(k-3)获取本地控制器(k-7)参数、本地现场加热量设置(k-5)参数和热力供暖监控参数，比较目标与实际热量之差(k-6)，根据级联加热控制器(k-12)输出和鼓风控制器(k-8)，完成热量平衡控制器(k-9)的热平衡控制，即电加热蓄热炉的加热蓄热的过程控制；当用户的热力供暖监控(k-4)温度小于预设的温度，级联加热控制器(k-12)和鼓风控制器(k-8)，控制电加热蓄热炉向外输出热量，热力供暖监控(k-4)监测用户温度，鼓风机工作一直到用户温度达到设定温度为止；
当用户温度大于设定温度时，鼓风机控制器(k-8)控制鼓风机停止工作，放热过程结束，蓄热体加热蓄热器(k-10)继续加热，直到热量平衡控制器(k-9)实现加热和蓄热的控制要求。
4.根据权利要求3所述的级联电加热蓄热炉供热***的控制***的控制方法，其特征在于，所述的远程控制器(k-1)的远程控制方法：
根据云平台传送至远程的数据和温度与加热量的关系，在远程建立一个控制规则，与本地控制器(k-7)相配合使用；
由云平台数据，明日环境温度Tt，用户当地温度Tn；假设，要求达到的供暖温度为To，材料的比热为k，蓄热时间从t1至t2，则热量：
其中，t1到t2为低谷时刻的小段时间，每小时可划分出多段小段时间，从21时至6时共10小时；
当本地控制器(k-7)不及时时，可通过远程控制器(k-1)来调节电加热蓄热炉的加热量，当远程控制与本地控制出现分歧或不同步时，以当地监测调节为准。
5.根据权利要求3所述的级联电加热蓄热炉供热***的控制***的控制方法，其特征在于，所述的本地控制器(k-7)的本地控制方法：
本地控制器(k-7)接受远程和现场协调的控制目标，经过本地控制器(k-7)的算法运算后，通过级联加热控制器(k-12)实现加热蓄热控制；
用户预置采暖温度与实测温度相比较，得到温度差值△T，当△T>0时，级联加热控制器(k-12)控制电加热蓄热炉的加热元件工作加热，当△T不大于0时，本地控制器(k-7)、鼓风控制器(k-8)和热平衡控制器(k-9)的输出返回协调控制器(k-3)进行再次循环控制。
6.根据权利要求3所述的级联电加热蓄热炉供热***的控制***的控制方法，其特征在于：所述的级联加热控制器(k-12)的控制方法：
级联加热控制器(k-12)为电加热蓄热炉的电加热蓄热控制***调节分布式炉丝控制组合，根据本地控制器(k-7)设定的加热蓄热流程控制方法，实现级联加热控制；即通过分组控制各个不同功率加热元件的组合方式来改变调节加热量。
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