一种电磁加热供暖优化控制方法技术

本发明专利技术涉及一种电磁加热供暖优化控制方法，包括以下步骤：步骤一，设置电磁加热供暖检控硬件系统，该硬件系统包括电磁加热器、功率转换器、交流电源、控制器、工质温度检测器、室温传感器；步骤二，优化控制过程，采用室温反馈与工质温度反馈的双闭环控制，并依据室温与工质温度的偏差，以及室温偏离状态的逻辑判定来确定电磁加热电源的开通或关闭。与现有技术相比，本发明专利技术具有在确保房屋室温满足人们需求而达到舒适的情况下，节省电能，起到有效节能的目的。

【技术实现步骤摘要】
一种电磁加热供暖优化控制方法
本专利技术涉及一种自动化
的优化控制方法，尤其是涉及一种电磁加热供暖优化控制方法。
技术介绍
我国大约有60％以上的区域，冬季气温在0℃以下。据不完全统计，我国冬季需要进行室内供暖的居民和单位用户达到数亿户。传统的燃煤锅炉供暖方式在消耗宝贵的煤炭资源的同时，向空气中排出大量的烟尘，给城市的空气造成严重的污染。虽然燃油锅炉相对燃煤锅炉减少了烟尘排放，但是其烟气对大气的污染同样存在诸多问题尚未得到解决。同时，燃煤锅炉结构、管道散热、传导热阻、延期排放等问题都会使得燃烧效率下降和传输过程中的热力损失增加，在这些因素的共同影响下，整个锅炉的热效率相当低下(只能达到35％左右)，这是矿石燃料热值转换效率的最大缺陷。即使是采用燃油或者重油来替代燃煤，也不能从根本上起到提高能源效率和改善环境的作用。因此有必要寻找清洁能源来替代现有的矿石燃料解决冬季供暖问题，以便消除占比较大的矿石燃料燃烧所引起的我国北方地区的雾霾现象的污染源。尽管燃气供暖具有一定的技术优势，即具有清洁、燃烧与传热效率高、设备运行稳定、启动快速等特点。但是，燃气锅炉供热也存在一些缺点，即易燃、易爆，而且有一定的毒性；热泵启动以及火焰燃烧时，噪音较大，存在一定污染问题；燃气锅炉供热，平均单位面积耗气量偏高，且高低差别很大；最大的问题还在于天然气价格有上涨趋势，势必会增大用户的经济负担。鉴于我国绝大多数城镇已经普遍实施分级电价收费办法，这就为推广应用电磁加热取暖提供了社会公益性基础。电磁加热供暖同样也只有在电网谷荷时段才具备经济优势。因此，当前在我国的诸多地方开始尝试采用电磁加热与燃气复合供暖技术，以追求技术经济效益的最大化。所谓电磁加热，即采用变频技术，在频率为20～25kHz的交变磁通作用下，使缠绕于金属管导体外的导电线圈对导体产生强大的涡流，致使金属导体被加热，迅速升温。电磁加热具有突出的技术特点是：热转换效率可以高达98％，相对燃油、燃气和其他电供暖设备可节能35％以上。当然，其节能环保与安全可靠，以及维护等诸多方面更比燃气供暖胜出一筹。如何确保燃气与电磁加热混合供暖的最优经济效益成为当前急需解决的技术问题。本专利技术就是在此技术背景下，提供一种高频电磁加热供暖在电网谷荷时段低电价条件下进一步节约电能和降低用户经济负担的优化控制方法。经文献检索发现，严志明、黄大坤、张秀彬的“冬季供暖优化设计”(《建筑电气》2014年第9期)较为详尽地阐述了电磁加热与燃气复合供暖的优化设计方法，但是在电磁加热供暖时间段的控制方法仍然停留于设定目标温度的稳定调节而未提供优化控制技术以达到进一步节能的效果。继续经文献检索未发现，与本专利技术相同或相近的公开发表技术。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种电磁加热供暖优化控制方法。本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：一种电磁加热供暖优化控制方法，包括以下步骤：步骤一，设置电磁加热供暖检控硬件系统，该硬件系统包括电磁加热器、功率转换器、交流电源、控制器、工质温度检测器、室温传感器；步骤二，优化控制过程，采用室温反馈与工质温度反馈的双闭环控制，并依据室温与工质温度的偏差，以及室温偏离状态的逻辑判定来确定电磁加热电源的开通或关闭。所述的硬件系统具体连接关系如下：所述的交流电源通过功率转换器将50Hz市电转换为高频电磁功率输出至电磁加热器，电磁加热器对流经其间的工质水进行加热；所述的室温传感器用于传感被供暖房屋空间的实时温度，并将室温传感信号输至控制器室温传感信号入口；所述的工质温度检测器用于检测流经电磁加热器的工质水的实时温度，并将工质水温度检测信号输至控制器工质水温度信号入口；所述的控制器根据接收到的室温传感信号和工质水温度信号，通过电磁加热供暖优化控制功率转换器输出控制指令信号，控制流经电磁加热器线圈中的高频交变电流的开通或关闭，使得流经电磁加热器的工质水得到相应的热能，并对工质水温度与房屋室温随着发生相应的调节。所述电磁加热器，是呈现圆筒状的金属管，其外层饶有供高频交变电流流经的导电线圈。所述功率转换器，是将市电50Hz交流电源转换为高频交变电功率的电力电子逆变电路。具体采用AC/AC转换电路。所述AC/AC转换电路，即通过可调脉冲宽度控制信号(PWM)对电力电子转换主电路实施输出频率与电压的转换控制，使其50Hz市电在PWM控制作用下，从50Hz交流电输入直接转换为所需的特定频率和特定功率的输出。所述的步骤二具体为：步骤1.令工质水实时温度为t1、室温实时温度为t2，t1-t2＝δ为两者之间的温差；t0为设定室温；步骤2.判定δ是否小于ε，如果δ＜ε，则执行步骤3；否则，继续检测工质水温度和室温，功率转换器处于关闭状态，即P＝0公式一其中，ε为设定阈值；P为电磁加热功率变换器的功率输出；步骤3.判定t2是否小于或等于t0，如果t2≤t0，则执行步骤4；否则，执行公式一，即功率转换器持续处于关闭状态；步骤4.开通功率转换器，即P＝Pf公式二其中，Pf为以频率f输出的高频功率；步骤5.持续检测工质水温度和房屋室温，如果t2＞t0，执行步骤6；否则功率转换器继续处于开通状态，即持续执行公式二；步骤6.判定ε是否等于δ，如果δ＝ε，则执行公式一，即功率转换器继续处于关闭状态，并返回步骤2；否则维持功率转换器处于开通状态，即返回步骤4，持续执行公式二。对步骤1-6进行周而复始，使功率转换器始终处于开通与关闭的轮换状态，因此在确保房屋室温满足人们需求而达到舒适的情况下，利用功率转换器处于关闭状态来节省电能，起到有效节能的目的。该方法的节电效果为其中，Tτ＝τ(1)＝τ2-τ1为电源功率转换器输出高频功率的时间段，T0为室温变化周期，T0＝τ1-τ0，τ0为功率转换器运行的开始时刻，τ1为功率转换器运行过程经过关闭后的第一次开启时刻，τ2为功率转换器运行过程经过第一次开通时刻τ1后的第一次关闭时刻。与现有技术相比，本专利技术利用电网谷荷时段，即夜间22:00至凌晨6:00之间的电网荷谷电价收费时段，采用一种优化控制方法使得电磁加热供暖电能消耗更为节省，经济成本也更为低廉；目前绝大多数地区的电网谷荷时段电价仅是峰荷时段电价的一半。因此供暖经济成本要比燃气供暖低，加之本专利技术的优化控制方法使得电磁加热供暖更加经济可行，而且收到节能的效果。附图说明图1为本专利技术所属的电磁加热供暖检控硬件系统框图图2为功率转换器电路结构框图图3为本专利技术电磁加热供暖优化控制方法控制流程图图4为实施例工质水实时温度与房间实时室温及其温差曲线图在图1中，电磁加热供暖检控硬件系统包含：电磁加热器1、功率转换器2、50Hz交流电源3、电源控制器4、工质水温度检测5、室温传感6；电磁加热器1包含：导电线圈11、金属管12、高频交变电流13、交变涡流14、工质水15。在图2中，功率转换器2包含：AC/AC转换主电路21、PWM控制器22、电气输出参数检测器23、PWM信号发生器24、电压参数反馈信号25、频率参数反馈信号26、功率转换器2输出端口27。所述电气输出参数，包含频率与电压信息。在图4中，t1为工质实时温度、t2为室温实时温度，δ＝t1-t2为两者之间的温差；t0为设定室温；ε为由实验确定的判定阈本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电磁加热供暖优化控制方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一，设置电磁加热供暖检控硬件系统，该硬件系统包括电磁加热器、功率转换器、交流电源、控制器、工质温度检测器、室温传感器；步骤二，优化控制过程，采用室温反馈与工质温度反馈的双闭环控制，并依据室温与工质温度的偏差，以及室温偏离状态的逻辑判定来确定电磁加热电源的开通或关闭。

【技术特征摘要】
1.一种电磁加热供暖优化控制方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一，设置电磁加热供暖检控硬件系统，该硬件系统包括电磁加热器、功率转换器、交流电源、控制器、工质温度检测器、室温传感器；步骤二，优化控制过程，采用室温反馈与工质温度反馈的双闭环控制，并依据室温与工质温度的偏差，以及室温偏离状态的逻辑判定来确定电磁加热电源的开通或关闭。2.根据权利要求1所述的一种电磁加热供暖优化控制方法，其特征在于，所述的硬件系统具体连接关系如下：所述的交流电源通过功率转换器将50Hz市电转换为高频电磁功率输出至电磁加热器，电磁加热器对流经其间的工质水进行加热；所述的室温传感器用于传感被供暖房屋空间的实时温度，并将室温传感信号输至控制器室温传感信号入口；所述的工质温度检测器用于检测流经电磁加热器的工质水的实时温度，并将工质水温度检测信号输至控制器工质水温度信号入口；所述的控制器根据接收到的室温传感信号和工质水温度信号，通过电磁加热供暖优化控制功率转换器输出控制指令信号，控制流经电磁加热器线圈中的高频交变电流的开通或关闭，使得流经电磁加热器的工质水得到相应的热能，并对工质水温度与房屋室温随着发生相应的调节。3.根据权利要求1所述的一种电磁加热供暖优化控制方法，其特征在于，所述的步骤二具体为：步骤1.令工质水实时温度为t1、室温实时温度为t2，t1-t2＝δ为两者之间的温差；t0为设定室温；步骤2.判定δ是否小...

【专利技术属性】
技术研发人员：曼苏乐，张秀斌，严志明，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海,31