級聯電加熱蓄熱爐供熱系統(tǒng)及其控制系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及能源領域，具體為級聯電加熱蓄熱爐供熱系統(tǒng)及其控制系統(tǒng)，包括云平臺與連接的控制系統(tǒng)；控制系統(tǒng)，包括遠程控制器和本地控制器，本地控制器主要包括協調控制器、熱平衡控制器、鼓風機控制器和級聯加熱控制器；遠程控制器與多個現場的本地控制器進行GPRS通訊數據聯接，采用協調控制器的算法進行系統(tǒng)運行程序控制，完成電加熱蓄熱爐的加熱供暖、蓄熱節(jié)能和電網負荷調度的功能。該供熱系統(tǒng)，能夠蓄熱，充分利用低谷電的能量，控制系統(tǒng)通過上層互聯網和大數據云平臺服務方式實現集中監(jiān)控，按需取熱智能控制，具有顯著的環(huán)保效益和經濟效益。
【專利說明】
級聯電加熱蓄熱爐供熱系統(tǒng)及其控制系統(tǒng)
技術領域
[0001] 本實用新型涉及能源領域，具體為級聯電加熱蓄熱爐供熱系統(tǒng)及其控制系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002] 隨著環(huán)境保護的要求越來越高，電加熱爐逐步取代用煤鍋爐，在一定程度上可以 降低煤等化石燃料的低效直接燃燒，降低二氧化碳等氣體的無序排放;但是傳統(tǒng)電加熱爐 控制方法簡單，不能實現遠程和本地控制，不適用供暖系統(tǒng)的及時調控需求。 【實用新型內容】
[0003] 針對上述技術內容，本實用新型提供一種能適用于采暖供熱的的電加熱供熱系統(tǒng) 及其控制系統(tǒng)。
[0004] 具體技術方案為：
[0005] 級聯電加熱蓄熱爐供熱系統(tǒng)，包括電加熱蓄熱爐、換熱器、變頻風機，還包括云平 臺與連接的控制系統(tǒng)；電加熱蓄熱爐內包含多點分布的加熱元件和蓄熱體;蓄熱體中儲存 的高溫熱能通過變頻風機利用風道循環(huán)系統(tǒng)通過換熱器與水循環(huán)系統(tǒng)進行熱量交換，水循 環(huán)系統(tǒng)由負載水栗進行流量調節(jié)，將熱水提供至用戶的末端設備中，水循環(huán)系統(tǒng)中還包括 補水裝置。
[0006] 級聯電加熱蓄熱爐供熱系統(tǒng)的控制系統(tǒng)，包括遠程控制器和本地控制器，本地控 制器主要包括協調控制器、熱平衡控制器、鼓風機控制器和級聯加熱控制器;協調控制器分 別與熱平衡控制器、鼓風機控制器連接;熱平衡控制器、鼓風機控制器分別與級聯加熱控制 器連接;鼓風機控制器控制變頻風機，級聯加熱控制器控制電加熱蓄熱爐的加熱元件；
[0007] 遠程控制器與多個現場的本地控制器進行GPRS通訊數據聯接，采用協調控制器的 算法進行系統(tǒng)運行程序控制，完成電加熱蓄熱爐的加熱供暖、蓄熱節(jié)能和電網負荷調度的 功能。
[0008] 級聯電加熱蓄熱爐供熱系統(tǒng)的控制系統(tǒng)的控制方法，云平臺的遠程控制器通過 GPRS通訊器獲得加熱量和溫度，送至協調控制器，同時協調控制器獲取本地控制器參數、本 地現場加熱量設置參數和熱力供暖監(jiān)控參數，比較目標與實際熱量之差，根據級聯加熱控 制器輸出和鼓風控制器，完成熱量平衡控制器的熱平衡控制，即電加熱蓄熱爐的加熱蓄熱 的過程控制；當用戶的熱力供暖監(jiān)控溫度小于預設的溫度，級聯加熱控制器和鼓風控制器， 控制電加熱蓄熱爐向外輸出熱量，熱力供暖監(jiān)控監(jiān)測用戶溫度，鼓風機工作一直到用戶溫 度達到設定溫度為止；
[0009] 當用戶溫度大于設定溫度時，鼓風機控制器控制鼓風機停止工作，放熱過程結束， 蓄熱體加熱蓄熱器繼續(xù)加熱，直到熱量平衡控制器實現加熱和蓄熱的控制要求。
[0010] 其中，遠程控制器的遠程控制方法：
[0011]根據云平臺傳送至遠程的數據和溫度與加熱量的關系，在遠程建立一個控制規(guī) 貝ij，與本地控制器相配合使用；
[0012] 由云平臺數據，明日環(huán)境溫度Tt，用戶當地溫度Τη;假設，要求達到的供暖溫度為 To，材料的比熱為k，蓄熱時間從tl至t2，則熱量：
[0013] Q = Jti^t2[ (T0-Tt)k]dt+J ti^t2[ (T0-Tn)k]dt
[0014] 其中，tl到t2為低谷時刻的小段時間，每小時可劃分出多段小段時間，從21時至6 時共10小時；
[0015]當本地控制器不及時時，可通過遠程控制器來調節(jié)電加熱蓄熱爐的加熱量，當遠 程控制與本地控制出現分歧或不同步時，以當地監(jiān)測調節(jié)為準。
[0016] 其中，本地控制器的本地控制方法：
[0017] 本地控制器接受遠程和現場協調的控制目標，經過本地控制器的算法運算后，通 過級聯加熱控制器實現加熱蓄熱控制；
[0018] 用戶預置采暖溫度與實測溫度相比較，得到溫度差值ΛΤ，當ΛΤ>0時，級聯加熱控 制器控制電加熱蓄熱爐的加熱元件工作加熱，當ΛΤ不大于0時，本地控制器、鼓風控制器和 熱平衡控制器的輸出返回協調控制器進行再次循環(huán)控制。
[0019] 其中，級聯加熱控制器的控制方法：
[0020] 級聯加熱控制器為電加熱蓄熱爐的電加熱蓄熱控制系統(tǒng)調節(jié)分布式爐絲控制組 合，根據本地控制器設定的加熱蓄熱流程控制方法，實現級聯加熱控制；即通過分組控制各 個不同功率加熱元件的組合方式來改變調節(jié)加熱量。
[0021] 本實用新型提供的級聯電加熱蓄熱爐供熱系統(tǒng)，能夠蓄熱，利用低谷電產熱，充分 利用低谷電的能量，利于消納電網低峰電力，供熱系統(tǒng)采取分散布局的方式，直接接入用戶 終端，節(jié)省管網損耗，控制系統(tǒng)通過上層互聯網和大數據云平臺服務方式實現集中監(jiān)控，按 需取熱智能控制，具有顯著的環(huán)保效益和經濟效益。
【附圖說明】
[0022] 圖1是本實用新型的級聯電加熱蓄熱爐供熱系統(tǒng)結構示意圖；
[0023] 圖2是本實用新型的級聯電加熱蓄熱爐供熱系統(tǒng)的控制系統(tǒng)結構示意圖；
[0024] 圖3是本實用新型的級聯電加熱蓄熱爐供熱系統(tǒng)的控制系統(tǒng)的控制流程圖；
[0025] 圖4是本實用新型的本地控制器的控制流程圖。
【具體實施方式】
[0026] 結合【附圖說明】本實用新型的【具體實施方式】。
[0027] 以100kW的電加熱蓄熱爐為例。電加熱蓄熱爐的加熱元件為加熱絲，加熱蓄熱級聯 組合見表1。
[0028] 表1加熱蓄熱級聯組合配置表
[0029]
[0030] 級聯電加熱蓄熱爐供熱系統(tǒng)，包括電加熱蓄熱爐1、換熱器2、變頻風機4，還包括云 平臺5與連接的控制系統(tǒng)6;電加熱蓄熱爐1內包含多點分布的加熱元件和蓄熱體;蓄熱體中 儲存的高溫熱能通過變頻風機4利用風道循環(huán)系統(tǒng)通過換熱器2與水循環(huán)系統(tǒng)進行熱量交 換，水循環(huán)系統(tǒng)由負載水栗進行流量調節(jié)，將熱水提供至用戶的末端設備3中，水循環(huán)系統(tǒng) 中還包括補水裝置7。
[0031] 級聯電加熱蓄熱爐供熱系統(tǒng)的控制系統(tǒng)，如圖2所示，包括遠程控制器k-Ι和本地 控制器k-7,本地控制器k-7主要包括協調控制器k-3、熱平衡控制器k-9、鼓風機控制器k-8 和級聯加熱控制器k-12;協調控制器k-3分別與熱平衡控制器k-9、鼓風機控制器k-8連接； 熱平衡控制器k-9、鼓風機控制器k-8分別與級聯加熱控制器k-12連接;鼓風機控制器k-8控 制變頻風機4，級聯加熱控制器k-12控制電加熱蓄熱爐1的加熱元件；
[0032] 遠程控制器k-Ι與多個現場的本地控制器k-7進行GPRS通訊數據聯接，采用協調控 制器k-3的算法進行系統(tǒng)運行程序控制，完成電加熱蓄熱爐的加熱供暖、蓄熱節(jié)能和電網負 荷調度的功能。
[0033 ]級聯電加熱蓄熱爐供熱系統(tǒng)的控制系統(tǒng)的控制流程如圖3所示。
[0034] 建立一個云平臺5,并且應用GPRS，將云平臺與電加熱蓄熱爐1各個本地監(jiān)測器以 及控制系統(tǒng)6通訊。云平臺5分為三個參數收集部分，基于當地的煒度、海拔、明日預測溫度、 電網潮流等條件，將溫度參數、氣象參數、電網參數輸入到云平臺5中，各個時刻本地監(jiān)測器 的實時監(jiān)測值也上傳至云平臺5。遠程控制器K-1通過智能學習、GPRS，將云平臺5中的實時 監(jiān)測數據匯集，遠程工作人員可在遠程進行控制。另一方面，云平臺5中的各參數值、監(jiān)測值 要存儲在RAM中，用作參數收集與調整。
[0035]由云平臺5上的遠程控制器k-Ι，預測明日夜間溫度為0°C，夜間23時，設定用戶溫 度為18°C，通過GPRS將預設參數值通訊至本地控制器k-7。本地控制器k-7的本地控制方法 如圖4所示。
[0036] 用戶的末端設備3當前溫度每兩小時監(jiān)測一次，假設當地監(jiān)測器顯示用戶的末端 設備3實時溫度為14°C，實時溫度傳輸至遠程控制器k-Ι。本地控制器k-7計算得溫差需要散 熱量q = 40kWh，散熱過程損失5kw，同時遠程控制器k-Ι計算需要純蓄熱量為40kWh，所以加 熱蓄熱量為85kW。級聯加熱控制器k-12采用級聯組合方式調用50kWX 1，20kWxl，10kWX 1， 5kWX 1，四組加熱絲工作，具體見表2。
[0037] 表2加熱蓄熱級聯組合爐絲控制表
[0038]
[0039]
[0040]當用戶的末端設備3監(jiān)測器顯示已達到設定溫度后，變頻風機4停止工作，放熱過 程結束。蓄熱器繼續(xù)蓄熱。
[0041 ]蓄熱過程從21時至6時，共持續(xù)10小時。
[0042]蓄熱量Q =純蓄熱量+散熱量。
[0043] 表3低谷溫度對應許熱量一覽表
[0044]
[0045] 經過一個夜晚的蓄熱積累，蓄熱過程完成，白天可以停止電加熱，利用積累的熱量 散熱供暖。
【主權項】
1. 級聯電加熱蓄熱爐供熱系統(tǒng)，包括電加熱蓄熱爐（I)、換熱器(2)、變頻風機(4)，其特 征在于，還包括云平臺（5)與連接的控制系統(tǒng)(6);電加熱蓄熱爐（1)內包含多點分布的加熱 元件和蓄熱體;蓄熱體中儲存的高溫熱能通過變頻風機(4)利用風道循環(huán)系統(tǒng)通過換熱器 (2)與水循環(huán)系統(tǒng)進行熱量交換，水循環(huán)系統(tǒng)由負載水栗進行流量調節(jié)，將熱水提供至用戶 的末端設備(3)中，水循環(huán)系統(tǒng)中還包括補水裝置(7)。2. 根據權利要求1所述的級聯電加熱蓄熱爐供熱系統(tǒng)的控制系統(tǒng)，其特征在于:包括遠 程控制器(k-Ι)和本地控制器(k-7)，本地控制器(k-7)主要包括協調控制器(k-3)、熱平衡 控制器(k-9)、鼓風機控制器(k-8)和級聯加熱控制器(k-12);協調控制器(k-3)分別與熱平 衡控制器(k-9)、鼓風機控制器(k-8)連接;熱平衡控制器(k-9)、鼓風機控制器(k-8)分別與 級聯加熱控制器(k-12)連接;鼓風機控制器(k-8)控制變頻風機(4)，級聯加熱控制器(k-12)控制電加熱蓄熱爐（1)的加熱元件； 遠程控制器(k-Ι)與多個現場的本地控制器(k-7)進行GPRS通訊數據聯接，采用協調控 制器(k-3)的算法進行系統(tǒng)運行程序控制，完成電加熱蓄熱爐的加熱供暖、蓄熱節(jié)能和電網 負荷調度的功能。
【文檔編號】F24D11/00GK205481253SQ201620140504
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年2月24日
【發(fā)明人】姜立兵, 鄧英, 邢作霞, 康愛國
【申請人】北京盛公達新能源科技有限公司