一种低温变频压缩机极低频运行与防频繁启停控制方法及系统与流程

本发明属于空气源热泵控制，尤其涉及一种低温变频压缩机极低频运行与防频繁启停控制方法及系统。

背景技术：

1、低温空气源热泵及采用变频压缩机的制热设备在冬季低环境温度、末端负荷下降或者供水温度接近设定值时，通常通过降低压缩机运行频率减少制热输出。当压缩机频率下降至预设最低频率后，若机组输出仍高于水系统当前能够吸收的热量，现有控制方式一般根据供水温度、回水温度或室内温度达到停机阈值而停止压缩机，并在温度重新下降至启动阈值后再次启动。部分技术通过进一步降低压缩机频率、采用过热度控制调节电子膨胀阀以及设置固定回油过程，使压缩机在较低频率下延长连续运行时间。该类技术能够在部分标准工况下减少停机，但其最低运行频率通常依据样机试验或预设参数确定，难以适应室外环境温度、供水目标、水流状态、系统管路及末端开启情况发生变化后的实际运行状态。同一压缩机在不同低温工况下，其能够维持吸气压力稳定、吸气过热度正常并保持有效水侧换热的最低运行频率并不相同，固定极低频率设置过低时可能造成制冷剂循环不稳定，设置过高时又会使最低制热输出超过当前负荷。

2、与此同时，现有控制多以同一时刻的供水温度和回水温度或者瞬时温差判断水系统吸热状态，而热泵水路存在明显的传输延迟，多支路汇流、旁通流动及末端阀门变化还会使回水温度滞后于供水状态，因而容易把正常的水路响应过程误认为负荷不足，或者在热量已经持续积累后仍不能及时识别。即使确认水系统暂时无法吸收压缩机最低输出，现有方案也往往直接停机，未充分利用机组已有循环水泵和缓冲水箱支路提高水侧承接能力，导致压缩机在仍有热量消纳空间时提前退出。停机后的重新启动通常依赖固定温度阈值和防短循环时间，不能反映停机前遗留热量是否已经释放，也不能判断水系统重新形成的吸热需求是否足以承接压缩机启动过程及后续稳定运行输出，容易形成极低频运行、热量积累、停机和短时间重新启动的反复循环。

技术实现思路

1、本发明公开了一种低温变频压缩机极低频运行与防频繁启停控制方法及系统，以解决上述背景技术中提出的问题。

2、为了达到上述目的，本发明第一方面提供了一种低温变频压缩机极低频运行与防频繁启停控制方法，所述方法包括：

3、确定当前低温工况下的最低稳定运行频率和最低稳定制热能力；

4、获取供水温度和回水温度；

5、根据所述最低稳定制热能力、所述供水温度和所述回水温度，结合预设的等效水循环周期，确定热量失配状态和热量失配量；所述等效水循环周期用于表征主水路整体响应延迟；

6、当所述热量失配状态为存在失配状态时，根据所述热量失配量调节循环水泵的运行档位，和/或，调节缓冲水箱支路的旁通阀开度，以进行水侧承接调节，得到水侧承接结果、剩余热量失配量和有效水侧运行参数；

7、当所述水侧承接结果为热量失配已消除状态时，控制所述低温变频压缩机保持所述最低稳定运行频率连续运行；

8、当所述水侧承接结果为热量失配仍存在状态时，控制所述低温变频压缩机停机，并在停机后根据所述剩余热量失配量控制所述低温变频压缩机重新启动。

9、进一步地，所述确定当前低温工况下的最低稳定运行频率和最低稳定制热能力，包括：

10、在供水温度设定值和循环水泵档位保持不变的条件下，控制所述低温变频压缩机在常规最低频率下连续运行一个等效水循环周期，建立稳定起始状态；

11、按照所述低温变频压缩机允许的最小调节间隔降低一个频率档位，得到候选频率；

12、在所述候选频率下等待一个等效水循环周期后，判断吸气压力、吸气过热度和供回水温度差；

13、当所述吸气压力趋于稳定、所述吸气过热度恢复至允许状态，且所述供回水温度差高于最低有效换热阈值时，将所述候选频率记录为稳定频率，并继续降低至下一候选频率；

14、当首次出现不稳定频率时，将所述低温变频压缩机恢复至前一个稳定频率，并将所述前一个稳定频率确定为所述最低稳定运行频率；

15、根据所述最低稳定运行频率下的水流量、供水温度和回水温度，确定所述最低稳定制热能力。

16、进一步地，所述根据所述最低稳定制热能力、所述供水温度和所述回水温度，结合预设的等效水循环周期，确定热量失配状态和热量失配量，包括：

17、将当前回水温度与一个等效水循环周期之前的供水温度建立响应对应关系；

18、结合判断周期内的平均水流量、传热介质热物性、延迟对应后的供水温度以及当前回水温度，确定水系统实际承接热量；

19、将所述最低稳定制热能力按照所述判断周期持续时间换算为最低稳定输出热量；

20、以上一周期热量失配量为基础，增加所述最低稳定输出热量，并扣除所述水系统实际承接热量，得到本周期热量失配量；当计算结果不大于零时，将所述本周期热量失配量确定为零。

21、进一步地，所述方法还包括：

22、当所述本周期热量失配量在下一周期降至零时，确定所述热量失配状态为无失配状态；

23、当连续两个等效水循环周期结束后所述本周期热量失配量仍大于零，且供水温度和回水温度的平均水平持续上升时，确定所述热量失配状态为存在失配状态。

24、进一步地，所述根据所述热量失配量调节循环水泵的运行档位，包括：

25、根据当前热量失配量以及相邻判断周期内热量失配量的变化，确定目标增加承接热量；

26、从当前水泵档位开始，选择初始对应关系中预计增加承接热量达到所述目标增加承接热量的最低档位，作为目标档位；所述初始对应关系为循环水泵各允许档位对应的增加承接热量；

27、控制所述循环水泵达到所述目标档位后，等待一个等效水循环周期，重新确定热量失配量，得到剩余热量失配量和有效水侧运行参数；所述有效水侧运行参数包括经过验证有效的循环水泵档位。

28、进一步地，所述调节缓冲水箱支路的旁通阀开度，包括：

29、当循环水泵达到允许最高档位后仍存在剩余热量失配量时，根据缓冲水箱当前温度与允许蓄热上限之间的剩余范围，判断所述缓冲水箱支路是否具备投入条件；

30、当具备投入条件时，按照旁通阀预设开度等级逐级打开所述缓冲水箱支路的旁通阀；

31、每次改变开度后，等待一个等效水循环周期，并重新确定剩余热量失配量，直至失配消除或者所述缓冲水箱达到允许蓄热上限，更新所述有效水侧运行参数；所述有效水侧运行参数还包括经过验证有效的旁通阀实际开度。

32、进一步地，所述控制所述低温变频压缩机停机，并在停机后根据所述剩余热量失配量控制所述低温变频压缩机重新启动，包括：

33、控制所述低温变频压缩机停机后，保持循环水泵和缓冲水箱支路运行，使剩余热量继续向末端转移；

34、以所述剩余热量失配量作为待释放热量的初始值，每完成一个等效水循环周期，确定本周期水系统实际承接热量，并从上一周期待释放热量中扣除所述本周期水系统实际承接热量，得到更新后的待释放热量；

35、当所述更新后的待释放热量达到零后，控制所述循环水泵进入停机循环状态，并累计启动需求热量；

36、当所述启动需求热量达到重新启动门槛时，控制所述低温变频压缩机重新启动。

37、进一步地，所述重新启动门槛由启动过程输出热量和一个最低稳定运行周期对应的输出热量组成；

38、所述控制所述低温变频压缩机重新启动，包括：

39、按照所述有效水侧运行参数建立水流，确认循环水泵达到目标档位且主水路流量稳定；

40、向变频驱动器发送启动指令，使所述低温变频压缩机按照预设启动过程进入所述最低稳定运行频率。

41、进一步地，所述方法还包括：

42、在停机期间，当供水设定值、水泵可用档位、缓冲水箱状态或者低温运行工况发生变化时，重新执行所述确定当前低温工况下的最低稳定运行频率和最低稳定制热能力的步骤。

43、在本发明的第二方面提供了一种低温变频压缩机极低频运行与防频繁启停控制系统，所述系统包括：

44、主控制器、变频驱动器、吸气侧压力传感器、吸气温度传感器、出水侧温度传感器、回水侧温度传感器、主水路流量传感器、循环水泵驱动器以及旁通阀执行器；

45、所述主控制器包括最低稳定输出确定单元、热量失配判断单元、水侧承接调节单元和启停控制单元；

46、所述最低稳定输出确定单元，用于确定当前低温工况下的最低稳定运行频率和最低稳定制热能力；

47、所述热量失配判断单元，用于获取供水温度和回水温度，并根据所述最低稳定制热能力、所述供水温度和所述回水温度，结合预设的等效水循环周期，确定热量失配状态和热量失配量；

48、所述水侧承接调节单元，用于当所述热量失配状态为存在失配状态时，根据所述热量失配量调节循环水泵的运行档位，和/或，调节缓冲水箱支路的旁通阀开度，以进行水侧承接调节，得到水侧承接结果、剩余热量失配量和有效水侧运行参数；

49、所述启停控制单元，用于当所述水侧承接结果为热量失配已消除状态时，控制所述低温变频压缩机保持所述最低稳定运行频率连续运行；当所述水侧承接结果为热量失配仍存在状态时，控制所述低温变频压缩机停机，并在停机后根据所述剩余热量失配量控制所述低温变频压缩机重新启动。

50、本发明的有益技术效果在于：通过逐级降频并结合吸气状态及水侧换热状态确定当前工况真实的最低稳定运行频率和制热能力，克服了固定最低频率对不同低温工况适应性差的问题。通过引入等效水循环周期建立供回水时序对应关系，准确识别考虑水路传输延迟后的持续热量失配状态，有效避免了因水路响应滞后导致的误判。在存在热量失配时，优先调用循环水泵和缓冲水箱支路提升水侧承接能力以消减失配。当水侧承接能力耗尽仍存在失配时执行安全停机，并根据遗留热量释放情况及水系统重新形成的启动需求精准控制重新启动。该方案显著延长了低负荷条件下压缩机的连续运行时间，有效减少了停机后短时间重新启动形成的频繁启停现象，提升了系统运行稳定性。