基于斩波电路控制的电热储能装置的控制系统及方法制造方法及图纸

本发明专利技术一种基于斩波电路控制的电热储能装置的控制系统及方法，属于电气和热力工程技术领域；该系统包括第一温度传感器、第二温度传感器、第三温度传感器、可编程逻辑控制器、变频器、风机、固体蓄热体、气-水换热器和水泵，还包括电压连续可调加热控制电路；本发明专利技术采用先不控整流，再斩波的方式，减少了可控器件的数量，三相母线上各相连接相同的电路，既能防止三相不平衡导致的电路故障，也能将各相的电热丝分区域放置，方便对各区域温度的控制，防止了“窝热”现象的产生，电压幅值可连续调节，可以对温度进行更为精准的控制；使用闭环控制，可以输出恒定温度，操作过程简单直观。

【技术实现步骤摘要】
基于斩波电路控制的电热储能装置的控制系统及方法
本专利技术属于电气和热力工程
，具体涉及一种基于斩波电路控制的电热储能装置的控制系统及方法。
技术介绍
当前，雾霾天气已成为城市污染的普遍现象，冬季尤为严重，其中燃煤供暖是最重要的污染源；北方地区风力资源丰富，是我国开展风力发电的最主要区域，受电网调度的影响，北方地区冬季为保障供暖需要，热电厂处于满负荷运行，弃用风电现象严重，造成大量风资源浪费，制约影响了风电产业的进一步发展；另一方面，北方城市冬季供热能力不足，供热以燃煤为主，清洁供热比例低，燃烧大量煤炭，既严重污染了大气环境，又增加城市交通运输压力，影响城市景观形象。在北方城市大规模地推广利用风电的清洁热源解决城市供热及工业生产热源，完全符合国家产业支持方向，可以最大限度地利用风力资源，实现风电全部就近消纳，优化平衡电网；实现风电清洁供热，减少燃煤污染物排放，对于改善我国的大气环境，实现节能减排目标，促进风电产业健康发展都具有十分重要的意义。电锅炉能在国外发达国家已普遍应用，其比较其它热源形式的供热设备具有以下优点：对环境没有污染、无三废排放、清洁无噪音，并且操作简单、维修方便、自动化程度高、常压运行、安全可靠、便于控制等优点；电锅炉供热在国外发展很快，国内对于电锅炉的需求也越来越大，目前电锅炉不具备电压调节能力，使用普通的变频电路调压，又会导致过多的可控器件的使用，增加产品成本，因此对加热丝的控制只有开关两种状态，调温困难对电锅炉的控制能力弱，此外目前电锅炉的加热采用集中加热，可能导致“窝热”现象，缩短加热丝寿命，使用开环控制方式，温度控制要随时根据输出温度来人为调节，控制困难，并且不能补偿扰动对温度的影响，使得输出温度往往达不到设定值。
技术实现思路
针对现有技术的缺点，本专利技术提出一种基于斩波电路控制的电热储能装置的控制系统及方法，以达到减少可控器件数量、防止“窝热”现象、提高输出温度精度和简化操作的目的。一种基于斩波电路控制的电热储能装置的控制系统，包括风机、固体蓄热体、气-水换热器和水泵，还包括第一温度传感器、第二温度传感器、第三温度传感器、可编程逻辑控制器、变频器、第一电压连续可调加热控制电路、第二电压连续可调加热控制电路和第三电压连续可调加热控制电路；所述可编程逻辑控制器、变频器、第一电压连续可调加热控制电路、第二电压连续可调加热控制电路和第三电压连续可调加热控制电路均设置于固体蓄热体上；所述固体蓄热体设置有中空通道，第一温度传感器、第一电压连续可调加热控制电路内部的电热丝、第二电压连续可调加热控制电路内部的电热丝和第三电压连续可调加热控制电路内部的电热丝均固定设置于固体蓄热体中空通道的通道壁上；所述固体蓄热体中空通道的一端通过风管连接风机的出风端口，固体蓄热体中空通道的另一端通过风管连接气-水换热器的通气管道；所述气-水换热器的进水端口连接电热储能装置供热管的出水端口，气-水换热器出水端口通过水管连接水泵的抽水端口，水泵的出水端口连接电热储能装置供热管的进水端口；所述第二温度传感器设置于气-水换热器的进水端口，第三温度传感器设置于水泵的出水端口；所述第一电压连续可调加热控制电路、第二电压连续可调加热控制电路和第三电压连续可调加热控制电路结构相同，均包括单相桥式不控整流电路、斩波电路和缓冲电路；所述单相桥式不控整流电路的第一连接端同时连接缓冲电路的第一连接端和斩波电路的第一连接端，单相桥式不控整流电路的第二连接端连接斩波电路的第二连接端，缓冲电路的第二连接端连接斩波电路的第三连接端。所述第一温度传感器、第二温度传感器和第三温度传感器的输出端共同连接可编程逻辑控制器的输入端；可编程逻辑控制器的第一输出端同时连接第一电压连续可调加热控制电路的输入端、第二电压连续可调加热控制电路的输入端和第三电压连续可调加热控制电路的输入端，可编程逻辑控制器的第二输出端连接变频器的输入端；变频器的输出端连接风机的输入端。所述单相桥式不控整流电路包括第一二极管、第二二极管、第三二极管和第四二极管；所述第一二极管的阳极连接第二二极管的阴极，并连接交流电源，第一二极管的阴极连接第三二极管的阴极，并作为单相桥式不控整流电路的第一连接端，第二二极管的阳极连接第四二极管的阳极，并作为单相桥式不控整流电路的第二连接端，第三二极管的阳极连接第四二极管的阴极，并连接交流电源。所述斩波电路包括第一电容、第二电容、第五二极管、一个电热丝、一个电感和一个功率晶体管；所述第一电容的一端连接功率晶体管的集电极，并作为斩波电路的第一连接端，第一电容的另一端同时连接第五二极管的阳极、第二电容的一端和电热丝的一端，并作为斩波电路的第二连接端；功率晶体管的发射极同时连接电感的一端和第五二极管的阴极，并作为斩波电路的第三连接端，将功率晶体管的基级作为电压连续可调加热控制电路的输入端；电感的另一端同时连接第二电容的另一端和电热丝的另一端；所述电压连续可调加热控制电路包括第一电压连续可调加热控制电路、第二电压连续可调加热控制电路和第三电压连续可调加热控制电路。所述缓冲电路包括第六二极管、第一电阻和第三电容；所述第一电阻的一端连接第六二极管的阳极，并作为缓冲电路的第一连接端，第一电阻的另一端同时连接第六二极管的阴极和第三电容的一端，将第三电容的另一端作为缓冲电路的第二连接端。采用基于斩波电路控制的电热储能装置的控制系统进行的控制方法，包括以下步骤：步骤1、启动系统，采用第一温度传感器采集固体蓄热体温度，将固体蓄热体温度转化成固体蓄热体温度电压信号发送到可编程逻辑控制器，并采用可编程逻辑控制器对固体蓄热体温度电压信号进行A/D转换，获得固体蓄热体温度值；步骤2、采用第二温度传感器采集气-水换热器的进水温度，将气-水换热器的进水温度转化成气-水换热器进水温度电压信号发送到可编程逻辑控制器，并采用可编程逻辑控制器对气-水换热器进水温度电压信号进行A/D转换，获得气-水换热器进水温度值；步骤3、采用第三温度传感器采集水泵的出水温度，将水泵的出水温度转化成水泵出水温度电压信号发送到可编程逻辑控制器，并采用可编程逻辑控制器对水泵出水温度电压信号进行A/D转换，获得水泵出水温度值；步骤4、在可编程逻辑控制器中设定电热储能装置的温度标准值，所述电热储能装置的温度标准值包括固体蓄热体温度标准范围、气-水换热器进水温度标准值和水泵出水温度标准值，根据所设定电热储能装置的温度标准值，对电热储能装置温度进行调节，具体步骤如下：步骤4.1、在可编程逻辑控制器中设定固体蓄热体温度标准范围、气-水换热器进水温度标准值和水泵出水温度标准值；步骤4.2、采用可编程逻辑控制器，判断实际固体蓄热体温度值是否达到固体蓄热体温度标准范围，若是，执行步骤4.3，否则，执行步骤4.5；步骤4.3、采用可编程逻辑控制器，判断实际气-水换热器进水温度值是否达到气-水换热器进水温度标准值，若是，执行步骤4.4，否则，执行步骤4.7；步骤4.4、采用可编程逻辑控制器，判断实际水泵出水温度值是否达到水泵出水温度标准值，若是，执行步骤5，否则，执行步骤4.8；步骤4.5、设定固体蓄热体温度范围个数，并设定每个固体蓄热体温度范围所对应的输出电压占空比，获得实际固体蓄热体温度所在的固体蓄热体温度范围；步本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于斩波电路控制的电热储能装置的控制系统，包括风机、固体蓄热体、气‑水换热器和水泵，其特征在于：还包括第一温度传感器、第二温度传感器、第三温度传感器、可编程逻辑控制器、变频器、第一电压连续可调加热控制电路、第二电压连续可调加热控制电路和第三电压连续可调加热控制电路；所述可编程逻辑控制器、变频器、第一电压连续可调加热控制电路、第二电压连续可调加热控制电路和第三电压连续可调加热控制电路均设置于固体蓄热体上；所述固体蓄热体设置有中空通道，第一温度传感器、第一电压连续可调加热控制电路内部的电热丝、第二电压连续可调加热控制电路内部的电热丝和第三电压连续可调加热控制电路内部的电热丝均固定设置于固体蓄热体中空通道的通道壁上；所述固体蓄热体中空通道的一端通过风管连接风机的出风端口，固体蓄热体中空通道的另一端通过风管连接气‑水换热器的通气管道；所述气‑水换热器的进水端口连接电热储能装置供热管的出水端口，气‑水换热器出水端口通过水管连接水泵的抽水端口，水泵的出水端口连接电热储能装置供热管的进水端口；所述第二温度传感器设置于气‑水换热器的进水端口，第三温度传感器设置于水泵的出水端口；所述第一电压连续可调加热控制电路、第二电压连续可调加热控制电路和第三电压连续可调加热控制电路结构相同，均包括单相桥式不控整流电路、斩波电路和缓冲电路；所述单相桥式不控整流电路的第一连接端同时连接缓冲电路的第一连接端和斩波电路的第一连接端，单相桥式不控整流电路的第二连接端连接斩波电路的第二连接端，缓冲电路的第二连接端连接斩波电路的第三连接端。...

【技术特征摘要】
1.一种基于斩波电路控制的电热储能装置的控制系统，包括风机、固体蓄热体、气-水换热器和水泵，其特征在于：还包括第一温度传感器、第二温度传感器、第三温度传感器、可编程逻辑控制器、变频器、第一电压连续可调加热控制电路、第二电压连续可调加热控制电路和第三电压连续可调加热控制电路；所述可编程逻辑控制器、变频器、第一电压连续可调加热控制电路、第二电压连续可调加热控制电路和第三电压连续可调加热控制电路均设置于固体蓄热体上；所述固体蓄热体设置有中空通道，第一温度传感器、第一电压连续可调加热控制电路内部的电热丝、第二电压连续可调加热控制电路内部的电热丝和第三电压连续可调加热控制电路内部的电热丝均固定设置于固体蓄热体中空通道的通道壁上；所述固体蓄热体中空通道的一端通过风管连接风机的出风端口，固体蓄热体中空通道的另一端通过风管连接气-水换热器的通气管道；所述气-水换热器的进水端口连接电热储能装置供热管的出水端口，气-水换热器出水端口通过水管连接水泵的抽水端口，水泵的出水端口连接电热储能装置供热管的进水端口；所述第二温度传感器设置于气-水换热器的进水端口，第三温度传感器设置于水泵的出水端口；所述第一电压连续可调加热控制电路、第二电压连续可调加热控制电路和第三电压连续可调加热控制电路结构相同，均包括单相桥式不控整流电路、斩波电路和缓冲电路；所述单相桥式不控整流电路的第一连接端同时连接缓冲电路的第一连接端和斩波电路的第一连接端，单相桥式不控整流电路的第二连接端连接斩波电路的第二连接端，缓冲电路的第二连接端连接斩波电路的第三连接端。2.根据权利要求1所述的基于斩波电路控制的电热储能装置的控制系统，其特征在于：所述第一温度传感器、第二温度传感器和第三温度传感器的输出端共同连接可编程逻辑控制器的输入端；可编程逻辑控制器的第一输出端同时连接第一电压连续可调加热控制电路的输入端、第二电压连续可调加热控制电路的输入端和第三电压连续可调加热控制电路的输入端，可编程逻辑控制器的第二输出端连接变频器的输入端；变频器的输出端连接风机的输入端。3.根据权利要求1所述的基于斩波电路控制的电热储能装置的控制系统，其特征在于：所述单相桥式不控整流电路包括第一二极管、第二二极管、第三二极管和第四二极管；所述第一二极管的阳极连接第二二极管的阴极，并连接交流电源，第一二极管的阴极连接第三二极管的阴极，并作为单相桥式不控整流电路的第一连接端，第二二极管的阳极连接第四二极管的阳极，并作为单相桥式不控整流电路的第二连接端，第三二极管的阳极连接第四二极管的阴极，并连接交流电源。4.根据权利要求1所述的基于斩波电路控制的电热储能装置的控制系统，其特征在于：所述斩波电路包括第一电容、第二电容、第五二极管、一个电热丝、一个电感和一个功率晶体管；所述第一电容的一端连接功率晶体管的集电极，并作为斩波电路的第一连接端，第一电容的另一端同时连接第五二极管的阳极、第二电容的一端和电热丝的一端，并作为斩波电路的第二连接端；功率晶体管的发射极同时连接电感的一端和第五二极管的阴极，并作为斩波电路的第三连接端，将功率晶体管的基级作为所属电压连续可调加热控制电路的输入端，即第一电压连续可调加热控制电路或第二电压连续可调加热控制电路或第三电压连续可调加热控制电路；电感的另一端同时连接第二电容的另一端和电热丝的另一端；所述电压连...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨东升，郑智斌，孙云鹤，孙鹏飞，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21