基于相变热管的配电柜散热控制方法及系统

本发明涉及数据处理，具体涉及一种基于相变热管的配电柜散热控制方法及系统。

背景技术：

1、随着现代工业生产负荷的时序波动日益复杂，配电柜内部的发热工况呈现出极强的非线性和瞬态跃变特征。目前，具有高效相变潜热传递能力的相变热管已被广泛引入配电柜中进行被动导热。然而，基于相变热管与主动风机耦合的散热调控机制， 在底层热力学逻辑与控制闭环上仍存在问题。

2、首先，现有监测方法大多直接依赖实时温度反馈或简单的电流线性差值来评估负荷状态，忽视了电气发热严格遵循焦耳定律且与电流平方成正比的非线性物理本质，这导致系统难以准确量化高频微观负荷突变实际注入柜内的波动热能，容易低估重载瞬态跃升所带来的严苛热冲击。其次，现有技术在进行数据质量验证或异常状态判定时，普遍采用预先设定的固定静态参考阈值，未考虑主回路铜质导体等金属材料的电阻率会随环境温度升高而显著增大的物理属性；这种缺乏环境温度自适应补偿的静态基准，导致在夏季高温或机房散热不良时，材料本底阻抗的自然漂移会被系统误判为异常波动，使得控制逻辑严重偏离真实的电热耦合演化轨迹。最后，在散热执行阶段的控制闭环中，现有的前馈或反馈策略均理想化地假设风机的电气调节与冷流场的建立是瞬间同步的，彻底忽略了流体力学中风机从接收占空比驱动指令到克服内部风道阻力、最终建立起全局稳定循环冷却流场（尤其是相变热管冷凝侧翅片间的换热流场）的气动死区时间；这种机电控制与流体物理严重脱节的弊端，导致系统往往在预期高负荷真正爆发的时刻才开始拉升风机转速，此时缓慢爬升的冷空气流量根本无法及时吸收瞬间大量释放的非线性热能，使得热源节点的瞬态温升尖峰轻易击穿安全运行上限，引发不可逆的元器件热应力损伤。

技术实现思路

1、针对背景技术中记载的技术问题，本发明提供一种基于相变热管的配电柜散热控制方法及系统，通过分区处理、非线性热积分、环境自适应基准修正及前馈控制，实现对配电柜散热的预测与提前干预。

2、一种基于相变热管的配电柜散热控制方法，方法包括：获取参考周期内配电柜的电流有效值、内部节点温度值以及外部环境温度值，根据预设的负荷率边界，将所述电流有效值和所述内部节点温度值分别划入第一负荷区间、第二负荷区间或第三负荷区间，按采样时间先后顺序组合生成各区间的负荷序列和热动态序列；根据各区间的所述负荷序列分别获取第一波动热积分、第二波动热积分和第三波动热积分，根据各区间的所述热动态序列分别获取第一热迟滞梯度、第二热迟滞梯度和第三热迟滞梯度；根据预设的初始基准值、预设的电阻温度系数和所述外部环境温度值，计算获取动态电流基准值；根据各区间的所述波动热积分与对应的所述动态电流基准值的相对误差获取载荷离散度，根据各区间的所述热迟滞梯度与预设的动态热敏基准值的相对误差获取电热漂移度，根据所述载荷离散度和所述电热漂移度获取热稳态指数；若所述热稳态指数小于预设的稳态阈值，则获取目标预测时段的预期负荷电流，根据所述预期负荷电流以及所述预期负荷电流所属负荷区间对应的目标热迟滞梯度，求解预设的电热微分方程，并获取预测温升率和预测温升值；根据所述预测温升率、所述预测温升值和预设的基础占空比获取目标占空比，将所述目标预测时段的起始时刻减去预设的气动死区获取前馈触发时刻，并在所述前馈触发时刻输出包含所述目标占空比的控制指令，以驱动对应相变热管冷凝侧的散热风机。

3、可选地，根据预设的负荷率边界，将所述电流有效值和所述内部节点温度值分别划入第一负荷区间、第二负荷区间或第三负荷区间，按采样时间先后顺序组合生成各区间的负荷序列和热动态序列，包括：获取配电柜的额定电流；将获取的所述电流有效值除以所述额定电流，获取实时负荷率；根据三个不重叠的预设负荷率百分比范围，将所述实时负荷率分别划入对应的所述第一负荷区间、第二负荷区间或第三负荷区间；提取同一负荷区间内的全部电流有效值并按采样时间先后顺序排列构成所述负荷序列；提取同一负荷区间内的全部内部节点温度值并按采样时间先后顺序排列构成所述热动态序列。

4、可选地，根据各区间的所述负荷序列分别获取第一波动热积分、第二波动热积分和第三波动热积分，包括：在各区间的所述负荷序列内，获取相邻两个采样时间点的电流有效值，并计算所述相邻两个采样时间点的电流有效值的平方差绝对值；将所述平方差绝对值、预设的等效电阻参数和预设的采样时间间隔相乘，获取波动热能增量；将同一负荷序列内的所有波动热能增量进行累加求和，分别获取所述第一波动热积分、第二波动热积分和第三波动热积分。

5、可选地，根据各区间的所述热动态序列分别获取第一热迟滞梯度、第二热迟滞梯度和第三热迟滞梯度，包括：在各区间的所述热动态序列内，计算相邻两个采样时间点的温度差值，并提取数值大于零的升温差值；获取底数为预设的衰减底数、指数为当前采样时间点与最新采样时间点之间的时间步数的时间衰减权重；将所述升温差值与对应的所述时间衰减权重相乘后进行累加求和，分别获取所述第一热迟滞梯度、第二热迟滞梯度和第三热迟滞梯度。

6、可选地，根据预设的初始基准值、预设的电阻温度系数和所述外部环境温度值，计算获取动态电流基准值，包括：获取预设的标准测试温度；将所述外部环境温度减去所述标准测试温度获取温度偏差量；将所述温度偏差量乘以所述电阻温度系数获取漂移补偿比例；将所述初始基准值结合所述漂移补偿比例进行正向相乘修正，获取所述动态电流基准值。

7、可选地，根据各区间的所述波动热积分与对应的所述动态电流基准值的相对误差获取载荷离散度，根据各区间的所述热迟滞梯度与预设的动态热敏基准值的相对误差获取电热漂移度，根据所述载荷离散度和所述电热漂移度获取热稳态指数，包括：分别计算各区间的所述波动热积分与对应的所述动态电流基准值的绝对差值，将该绝对差值除以所述动态电流基准值获取各区间的第一误差比值，提取全部第一误差比值中的最大值作为所述载荷离散度；分别计算各区间的所述热迟滞梯度与对应的所述动态热敏基准值的绝对差值，将该绝对差值除以所述动态热敏基准值获取各区间的第二误差比值，提取全部第二误差比值中的最大值作为所述电热漂移度；将所述载荷离散度乘以预设的第一权重，将所述电热漂移度乘以预设的第二权重，将两者的乘积相加获取所述热稳态指数。

8、可选地，根据所述预期负荷电流以及所述预期负荷电流所属负荷区间对应的目标热迟滞梯度，求解预设的电热微分方程，并获取预测温升率和预测温升值，包括：将所述预期负荷电流与所属负荷区间对应的波动热积分进行叠加，重构获取预测负荷序列；获取状态系数包含预设发热部件质量和预设比热容参数、状态变量为温升对时间的导数的所述电热微分方程；将所述预测负荷序列进行二次方运算并乘以预设电阻获取预测发热功率；将所述目标热迟滞梯度转化为（该参数综合了相变热管在不同温差工况下的非线性相变传热热阻与冷凝侧表面对流热阻），并根据所述（该参数综合了相变热管在不同温差工况下的非线性相变传热热阻与冷凝侧表面对流热阻）修正所述电热微分方程中的对流散热功率项；将所述预测发热功率和修正后的所述对流散热功率项代入所述电热微分方程进行离散化求解，提取所述目标预测时段内温升对时间导数的最大值作为所述预测温升率，提取求解过程中的最高温度作为所述预测温升值。

9、可选地，根据所述预测温升率、所述预测温升值和预设的基础占空比获取目标占空比，包括：获取预设的安全温度上限、预设的比例控制增益和预设的微分前馈增益；将所述预测温升值减去所述安全温度上限获取越限温差，将所述越限温差乘以所述比例控制增益获取第一控制分量；将所述预测温升率乘以所述微分前馈增益获取第二控制分量；将所述基础占空比、所述第一控制分量和所述第二控制分量相加，获取所述目标占空比。

10、还提供了一种基于相变热管的配电柜散热控制系统，系统包括：数据获取模块，用于获取参考周期内配电柜的电流有效值、内部节点温度值以及外部环境温度值；根据预设的负荷率边界，将所述电流有效值和所述内部节点温度值分别划入第一负荷区间、第二负荷区间或第三负荷区间，按采样时间先后顺序组合生成各区间的负荷序列和热动态序列；第一处理模块，用于根据各区间的所述负荷序列，分别获取第一波动热积分、第二波动热积分和第三波动热积分；根据各区间的所述热动态序列，分别获取第一热迟滞梯度、第二热迟滞梯度和第三热迟滞梯度；第二处理模块，用于根据预设的初始基准值、预设的电阻温度系数和所述外部环境温度值，计算获取动态电流基准值；根据各区间的所述波动热积分与对应的所述动态电流基准值的相对误差获取载荷离散度；根据各区间的所述热迟滞梯度与预设的动态热敏基准值的相对误差获取电热漂移度；根据所述载荷离散度和所述电热漂移度获取热稳态指数；预测控制模块，用于在所述热稳态指数小于预设的稳态阈值时，获取目标预测时段的预期负荷电流；根据所述预期负荷电流，以及所述预期负荷电流所属负荷区间对应的目标热迟滞梯度，求解预设的电热微分方程，获取预测温升率和预测温升值；根据所述预测温升率、所述预测温升值和预设的基础占空比获取目标占空比；将所述目标预测时段的起始时刻减去预设的气动死区获取前馈触发时刻，并在所述前馈触发时刻输出包含所述目标占空比的控制指令，以驱动对应相变热管冷凝侧的散热风机。

11、可选地，数据获取模块还用于：获取配电柜的额定电流；将获取的所述电流有效值除以所述额定电流，获取实时负荷率；根据三个不重叠的预设负荷率百分比范围，将所述实时负荷率分别划入对应的所述第一负荷区间、第二负荷区间或第三负荷区间；提取同一负荷区间内的全部电流有效值并按采样时间先后顺序排列构成所述负荷序列；提取同一负荷区间内的全部内部节点温度值并按采样时间先后顺序排列构成所述热动态序列。

12、本发明的有益效果体现在：

13、在整个基于相变热管的配电柜散热控制方法中，首先，依据实时负荷率划分物理区间，有效隔离了不同发热工况下的时序数据，避免了低频波动对重载热模型的平均化干扰，提供了具备明确物理边界的底层数据源。其次，采用非线性焦耳能流积分与热迟滞梯度，基于电流平方正比发热的物理规律，提高了微观负荷突变能量的量化精度与柜内热量累积的迟滞效应，提高了微观负荷突变破坏性能量的量化精度。在此基础上，引入环境温度自适应的基准漂移方程，动态补偿了铜质导体因机房温度升高而产生的自然阻抗变大现象，过滤了由于季节更替或环境变化引发的伪故障信号，提高了判定指标的准确性。最后，在执行闭环中融合了气动死区时间的前馈补偿，使得中央控制器能够在预期高负荷到达前提前拉升风机占空比，利用时间差预先排空静态热空气并建立处于峰值流速的负压冷却场，从而在焦耳热集中爆发时及时吸收瞬态温升尖峰，达成了从被动跟随降温向主动前瞻预冷的控制模式转换。