一种散热防潮配电箱及其控制方法与流程

本发明涉及配电箱，具体涉及一种散热防潮配电箱及其控制方法。

背景技术：

1、配电箱作为配电系统的末级电能分配设备，其运行可靠性直接关系到供电安全。配电箱箱内温度过高和凝露是导致设备故障的两大主要原因，尤其当配电箱安装在室外时，由于室外环境多样，配电箱长期暴露在复杂气候条件下，故障风险更大。

2、目前，针对配电箱的环境控制，现有技术主要分为以下两类：

3、第一类是依赖被动结构的防护方案，如在箱体上设置防水透气阀、排水槽、防凝露涂层等。此类方案成本较低，但完全依赖自然环境条件，无法在极端气候下主动调节箱内环境，防护效果有限。

4、第二类是采用主动散热与除湿的方案。例如，在箱内安装温湿度传感器、散热风扇和加热片，当温度超过上限阈值时开启风扇散热，当湿度超过上限阈值时开启加热片除湿。

5、然而，上述现有技术方案存在以下缺陷：（1）散热与防潮相互矛盾，通风散热会引入外部湿气，而密封防潮又阻碍热量排出，简单的mcu协调仲裁无法实现真正的协同最优；（2）控制响应滞后，无论是散热还是除湿，均在检测到阈值超标后才启动，在气候急剧变化时，凝露往往在控制动作执行前就已发生；（3）控制策略死板，采用固定阈值，无法适应复杂多变的天气变化趋势。

6、因此，亟需提供一种能够解决散热与防潮矛盾、并能实现事前精准预防的散热防潮配电箱及其控制方法。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了克服现有技术存在的缺点和不足，而提供一种散热防潮配电箱及其控制方法。

2、本发明所采取的技术方案如下：本发明的第一个方面提供一种散热防潮配电箱，包括：

3、环境预测模块，包括无线通信单元、气象接口调用单元和历史数据存储单元，用于通过无线通信接入气象服务接口获取配电箱所在位置未来n小时的天气预报数据，并存储历史同期环境数据；

4、热-湿感知模块，包括设置于箱内多个位置的温湿度传感器和端子温度传感器，用于采集箱内实时温度、湿度和端子温度；

5、热-湿耦合分析模块，与所述环境预测模块和热-湿感知模块通信连接，包括微处理器单元和预置的热-湿耦合传递模型，用于基于外部环境预测数据和箱内实时数据预测箱内未来温湿度变化趋势，计算露点温度，判断凝露风险窗口；

6、前馈控制决策模块，与所述热-湿耦合分析模块通信连接，用于基于预测结果生成前馈控制策略，执行协同权衡逻辑，当散热与防潮需求冲突时进行优先级仲裁；

7、执行模块，与所述前馈控制决策模块通信连接，包括可调速风扇、电动通风阀、ptc加热片、半导体除湿器和非空气介质散热单元，用于执行控制策略；

8、反馈修正模块，与所述热-湿感知模块、热-湿耦合分析模块和执行模块通信连接，用于对比箱内实际温湿度与预测值，计算预测误差，修正热-湿耦合传递模型参数。

9、本发明第二个方面提供一种散热防潮配电箱的控制方法，其应用于如上所述的散热防潮配电箱，包括以下步骤：

10、步骤s1：获取配电箱所在位置未来n小时的天气预报数据，所述天气预报数据至少包括外部温度预测值text(t)、外部湿度预测值rhext(t)、降水概率和风速，同时获取配电箱所在位置历史同期环境数据，形成外部环境预测数据；

11、步骤s2：采集当前箱内温度tin和湿度rhin，计算箱内露点温度td，形成箱内实时环境数据；

12、步骤s3：基于外部环境预测数据和箱内实时环境数据，构建热-湿耦合传递模型，预测未来m个时段内箱内温度tin(t)和箱内湿度rhin(t)的变化趋势，计算各时段对应的露点温度td(t)，并判断tin(t)≤td(t)的时段，标记为凝露风险窗口；

13、步骤s4：基于热-湿耦合传递模型的预测结果，在凝露风险窗口到达之前提前生成控制策略，控制策略包括：当预测到凝露风险窗口时，提前启动除湿执行器；当预测到过热风险且满足有利通风条件时，预通风降低箱内温度基线；当散热需求和防潮需求冲突时，执行协同权衡逻辑；

14、步骤s5：执行控制策略后，采集箱内实际温湿度，对比预测值计算误差，修正热-湿耦合传递模型参数。

15、优选的，步骤s3中，热-湿耦合传递模型的构建方法为：基于能量守恒方程和质量守恒方程，建立箱内空气与外部环境之间的热交换和湿交换微分方程组。

16、优选的，步骤s3中，凝露风险窗口的判断条件为：tin(t)≤td(t)-δtmargin，其中δtmargin为安全裕度，取值范围为0.5-3℃。

17、优选的，步骤s4中，提前启动除湿执行器的时机为：δtpre=dneed/drate时刻，其中dneed为凝露风险窗口到来前需降低的含湿量，drate为当前条件下除湿执行器的除湿速率。

18、优选的，步骤s4中，有利通风条件的判断标准为同时满足：text

19、优选的，步骤s4中的协同权衡逻辑为：当外部湿度rhext>阈值rhthreshold时，关闭通风通道，切换至非空气介质散热方式；当rhext≤rhthreshold时，采用通风散热方式；当散热防潮同时告警时，防潮优先。

20、优选的，所述非空气介质散热方式为热管散热、相变材料蓄冷散热、热电制冷中的一种或多种组合。

21、优选的，步骤s5中，模型参数的修正算法为梯度下降法或递推最小二乘法。

22、优选的，当与气象服务接口通信中断时，切换至降级控制模式：基于本地历史同期环境数据的统计规律进行环境趋势预测，同时采用本地阈值反馈控制作为安全兜底。

23、本发明的有益效果如下：

24、1、本发明中热-湿耦合传递模型考虑到空气同时作为热载体和湿载体，通过协同权衡逻辑实现外部热-湿条件均满足时通风，否则切换非空气介质散热的条件分离策略，相较于现有技术中分别控制、mcu协调的妥协方案，成功解决了散热防潮的耦合矛盾，实现了协同最优控制。

25、2、本发明通过天气预报提供环境变化预警，前馈控制在湿气侵入前预先降低箱内含湿量，当外部湿气涌入时箱内已有足够的干燥余量，从而实现凝露预防的时间缓冲。

26、3、本发明利用预测能力识别夜间低温这一有利窗口，提前预通风降低箱内温度基线，为白天热负载预留更大的温度上升空间，减少白天主动散热的运行时间和能耗。

27、4、本发明通过耦合模型精确预测不同通风条件下的箱内含湿量变化，在外部湿度将导致通风引入的湿气大于散出的热量时，自动切换至非空气介质散热，避免越通风越潮湿。

28、5、本发明通过反馈修正模块持续对比预测值与实际值，自动修正模型参数，使控制策略随设备老化、季节变化等因素持续适应和优化，解决了现有固定阈值控制方案在长期运行中效果退化的问题。

1.一种散热防潮配电箱，其特征在于，包括：

2.一种散热防潮配电箱的控制方法，其应用于如权利要求1所述的散热防潮配电箱，其特征在于，包括以下步骤：

3.根据权利要求2所述的一种散热防潮配电箱的控制方法，其特征在于，步骤s3中，热-湿耦合传递模型的构建方法为：基于能量守恒方程和质量守恒方程，建立箱内空气与外部环境之间的热交换和湿交换微分方程组。

4.根据权利要求2所述的一种散热防潮配电箱的控制方法，其特征在于，步骤s3中，凝露风险窗口的判断条件为：tin(t)≤td(t)-δtmargin，其中δtmargin为安全裕度，取值范围为0.5-3℃。

5.根据权利要求2所述的一种散热防潮配电箱的控制方法，其特征在于，步骤s4中，提前启动除湿执行器的时机为：δtpre=dneed/drate时刻，其中dneed为凝露风险窗口到来前需降低的含湿量，drate为当前条件下除湿执行器的除湿速率。

6.根据权利要求2所述的一种散热防潮配电箱的控制方法，其特征在于，步骤s4中，有利通风条件的判断标准为同时满足：text

7.根据权利要求2所述的一种散热防潮配电箱的控制方法，其特征在于，步骤s4中的协同权衡逻辑为：当外部湿度rhext>阈值rhthreshold时，关闭通风通道，切换至非空气介质散热方式；当rhext≤rhthreshold时，采用通风散热方式；当散热防潮同时告警时，防潮优先。

8.根据权利要求7所述的一种散热防潮配电箱的控制方法，其特征在于，所述非空气介质散热方式为热管散热、相变材料蓄冷散热、热电制冷中的一种或多种组合。

9.根据权利要求2所述的一种散热防潮配电箱的控制方法，其特征在于，步骤s5中，模型参数的修正算法为梯度下降法或递推最小二乘法。

10.根据权利要求2所述的一种散热防潮配电箱的控制方法，其特征在于，当与气象服务接口通信中断时，切换至降级控制模式：基于本地历史同期环境数据的统计规律进行环境趋势预测，同时采用本地阈值反馈控制作为安全兜底。