基于傳熱學(xué)原理的雙門單片機控制電氣削峰填谷方法

基于傳熱學(xué)原理的雙門單片機控制電氣削峰填谷方法

中國的能源供需矛盾相對突出。長江地區(qū)已成為中國能源最緊張的地區(qū)之一。特別在夏季,供電缺口更大。在此情況下,除了供電部門對用電大戶限時用電,實行削峰填谷的措施外,家用電器中24h均處于工作狀態(tài)的電冰箱也能實現(xiàn)削峰填谷,對緩解白天電力供需矛盾起到一定的作用。1用電現(xiàn)象對材料儲存的影響電冰箱要實現(xiàn)削峰填谷,就是要減少電冰箱在用電高峰時的工作時間,增加用電谷時的工作時間,從而基本保證電冰箱低溫儲存食物的功能。為了達到這一要求,考慮用以下2種方法。(1)熱風(fēng)溫度與適用的壓力根據(jù)傳熱學(xué)原理有Q˙g=KgAg(Te?Tg)Q˙g=ΚgAg(Τe-Τg),式中:Q˙Q˙g——熱流量,W;Kg——為總傳熱系數(shù),W/m2·K;Ag——傳熱面積,m2;Te——環(huán)境溫度,K;Tg——冰箱內(nèi)溫度,K。從上式中可見,環(huán)境向冰箱傳遞的熱量在總傳熱系數(shù)和傳熱面積確定的情況下(成品冰箱此2項已定),僅與冰箱內(nèi)外的溫差有關(guān)。在冰箱運行中,當(dāng)冷凍、冷藏室溫度固定時,在用電高峰(為白天),由于環(huán)境溫度相對較高,冰箱內(nèi)外的溫差也大,則壓縮機工作時間也多;反之,用電低谷時(為晚上)環(huán)境溫度相對較低,冰箱內(nèi)外的溫差也小,壓縮機工作時間也少。因此,改變溫差,就能改變用電量。為此,在基本不影響食物保鮮的情況下,用電高峰時,適當(dāng)提高冷凍、冷藏室溫度,減小冰箱內(nèi)外溫差,減少壓縮機的工作時間,以實現(xiàn)削峰的目的。(2)冷凍室的使用1)谷時適當(dāng)降低冷凍、冷藏室溫度,當(dāng)用電由谷轉(zhuǎn)為峰的時候,再適當(dāng)提高冷凍、冷藏室溫度,利用冰箱內(nèi)儲存的冷量,在峰時開始的一段時間內(nèi),電冰箱的壓縮機將不工作,起到一定的移峰目的。2)在谷時,將比熱容比較大的物質(zhì)放入冷凍室,使之降溫。而在峰時,將其移至冷藏室,使其吸收冷藏室的熱量,從而減少峰時壓縮機對冷藏室的制冷降溫時間,起到移峰的目的。2c型雙門風(fēng)機風(fēng)機機在本文所有的驗證試驗中,均采用了科龍的BCD-191W/HC型雙門單片機控制電冰箱。峰谷時間各個地方可根據(jù)當(dāng)?shù)氐挠秒娗闆r而確定,分時電表的轉(zhuǎn)換時間是一種標(biāo)志,本地用電峰谷時間為峰時:8:00～21:00,谷時21:00～次日8:00。(2)谷時能耗的控制1)谷時適當(dāng)降低冷凍、冷藏室溫度,當(dāng)用電由谷時轉(zhuǎn)為峰時的時候,再適當(dāng)提高冷凍、冷藏室溫度,利用冰箱內(nèi)儲存的冷量,起到一定的移峰目的。在測試時,還是利用圖1的控制電路,峰時溫度設(shè)定同上,谷時溫度設(shè)定冷凍室比自動設(shè)置降低3℃(即零下21℃),冷藏室溫度降低2℃(即3℃)的條件下進行測試,發(fā)現(xiàn)此降溫過程大約只需6h,則在剩下的近5h時間中,電冰箱內(nèi)外溫差較大,會增加谷時的耗電量,為此,對圖1的電路進行改進,再增加一路輸出(圖1中的驅(qū)動電路E和自動按鈕開關(guān)),在谷時開始時,回到電冰箱自動設(shè)置進行工作,以保證食品的儲存時間,然后在凌晨4點鐘時,設(shè)定到谷時溫度,讓電冰箱內(nèi)溫度降低,以儲存一定的冷量。經(jīng)過更改后,在峰時開始的一段時間內(nèi),電冰箱壓縮機基本上不工作(時間長短與環(huán)境溫度有關(guān)),結(jié)合減小溫差的措施,從而達到削峰填谷的作用。其效果比單減小峰時溫差作用明顯。具體結(jié)果見表1。2)在谷時,將比熱容比較大的物質(zhì)放入冷凍室,使之降溫;而在峰時,將其移至冷藏室,使其吸收冷藏室的熱量。為此,對電冰箱結(jié)構(gòu)作相應(yīng)的處理,在冷凍室、冷藏室之間開一孔(注意避開制冷管道),再做一個與孔相同大小的儲液桶(注意密封),在儲液室中存放比熱容較大的物質(zhì)——水(測試時為500g),與溫度傳感器距離約為10cm。在用電谷時,讓儲液室處于冷凍室,利用用電低谷多制冷,并儲存冷量;在用電峰時,讓儲液室處于冷藏室,利用其吸收冷藏室熱量,具體操作如圖2所示。為此,在圖1中再增加電機升降的控制電路和驅(qū)動電路,以實現(xiàn)自動控制儲液桶的升降,具體操作如圖3所示。測試時發(fā)現(xiàn),由于儲液室中的水要吸收大量的冷量,在谷時壓縮機工作時間大大增加,因此,切換時間設(shè)置為:8:00和21:00。測試結(jié)果見表1。3種新的設(shè)置方法經(jīng)過測試,從表1中可以看到,隨著谷時儲存冷量的增加,電冰箱在峰時壓縮機的工作時間明顯減少,耗電量也隨之下降。并且由于峰時降低電冰箱內(nèi)外的溫差,因而總耗電量也有一定的下降。從上述數(shù)據(jù)分析,對每一臺電冰箱來說,削峰填谷的電量并還是很大,但對全國或一個城市來說,作用還是比較大的。比如筆者所在的城市為中等城市,城鎮(zhèn)戶籍總?cè)藬?shù)為379.13萬人,按每戶3.5人計算為108.32萬戶,再按90%家庭有電冰箱計算,本市共有約97.5萬臺電冰箱。按上述夏天每臺電冰箱每天移峰0.5kW·h計算,本市每天電冰箱可移峰48.7萬kW·h,每月可移峰1462萬kW·h,如再考慮外來人口,每月至少可移峰2000萬kW·h?？梢?電冰箱的削峰填谷措施對夏天峰時電力緊張的緩解也能起到相當(dāng)?shù)淖饔?。該電冰箱有自動和手工設(shè)置溫度2種方法,自動設(shè)置溫度為冷凍:零下18℃,冷藏:5℃,在此設(shè)定下,在日環(huán)境溫度為28～36℃變化范圍時進行測試,作為參考值(數(shù)據(jù)見表1)。要實現(xiàn)電冰箱設(shè)置溫度的改變,可用手動設(shè)置,但是無法完全按峰谷時間自動進行。而分時電表峰谷的轉(zhuǎn)換是根據(jù)電表內(nèi)部的時鐘來進行計時,無法提供控制信號。(1)負荷分配和日能耗根據(jù)電冰箱的控制,用簡單可靠的方法進行,只要在規(guī)定的時間用鍵盤輸入相應(yīng)的脈沖信號,就能改變電冰箱的設(shè)置,為此,設(shè)計圖1所示的控制電路,以實現(xiàn)自動控制。圖1中時鐘是為峰谷時段變化產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)時間;后備電源是為防止停電后時鐘停止計時和設(shè)置信息的丟失;控制電路是根據(jù)設(shè)定的峰谷時間和溫度的改變值;在規(guī)定的時間輸出相應(yīng)的脈沖,去控制電冰箱本身冷凍、冷藏室溫度設(shè)定按鈕。根據(jù)上面的分析,減小用電峰時電冰箱內(nèi)外的溫差測試也在與上述相同溫度下進行,并與自動設(shè)置進行對比:讓電冰箱在用電峰時冷凍室溫度提高3℃(即零下15℃)