CN104317339A

CN104317339A - 一种环网柜的除湿防凝露智能控制系统及方法

Info

Publication number: CN104317339A
Application number: CN201410641472.5A
Authority: CN
Inventors: 张波; 徐基光; 汪洋; 洪诚; 周志兵; 陶莹; 丁聪
Original assignee: State Grid Corp of China SGCC; Wuhu Power Supply Co of State Grid Anhui Electric Power Co Ltd
Current assignee: State Grid Corp of China SGCC; Wuhu Power Supply Co of State Grid Anhui Electric Power Co Ltd
Priority date: 2014-11-13
Filing date: 2014-11-13
Publication date: 2015-01-28

Abstract

本发明公开了一种环网柜的除湿防凝露智能控制系统及方法，该系统基于热电制冷技术和无线传感器网络技术，采用模糊分数阶PID控制器，实时监测工作环境温、湿度，智能控制除湿；结合功能完备的无线传感器网络平台，用户可以实现现场手持机巡检和远程实时在线监测设备状态的目的。冷凝除湿装置能有效降低空间气体的湿度，预防凝露现象的发生，它具有体积小、运行费用低、使用寿命长、可靠性高的特点，广泛应用于开关柜、配电柜、端子箱等各类封闭柜体的除湿。

Description

一种环网柜的除湿防凝露智能控制系统及方法

技术领域

本发明属于电力设备温湿度控制技术领域，具体涉及一种环网柜的除湿防凝露智能控制系统及方法。

背景技术

电网中广泛使用开关柜、电气控制柜、端子箱、动力箱等各种电力和通讯设备。当柜内空气湿度过高时，会腐蚀开关线路，使元器件接头部位的插件接触电阻增加，进而导致设备功能失效和故障，并可能使密封不好的元器件被击穿。当电子元器件表面结露时，会导致元器件短路，很可能会损坏设备，威胁到电网的安全运行。

在机柜内安装冷凝除湿装置，通过将空气中的水分子冷凝成液态水并排出至封闭空间外部，可有效降低空间气体的湿度，避免电子元器件表面结露，降低绝缘器件的高压击穿风险，提高器件的可靠性，延长设备的使用寿命。

专利号为CN201420287707.0，名称为“一种开关柜防凝露除湿装置”的实用新型专利申请设计了一种开关柜防凝露除湿装置，并未设计相应的控制器；专利号为CN201410373842.1，名称为“一种全数字智能温湿度控制除湿系统及除湿方法”的发明专利申请设计了一种全数字智能温湿度控制除湿系统，该系统设置于电力设备的柜体外壳内，包括有加热器、除湿器、连接控制加热器和除湿器的控制器及可通信连接于控制器的温湿度传感器，但该专利所采用的控制器仅为传统整数阶的控制。

目前关于开关柜温湿度控制系统中的建模和控制技术的研究，主要针对整数阶次系统模型和控制进行分析，具有一定的局限性。现有的系统理论中基本是把控制系统和对象作为整数阶系统来考虑，而现实中存在的系统或多或少都是非整数阶次的，即分数阶次，因此利用分数阶次的微积分方程对系统进行描述将更加准确、更接近系统实际情况。

综上所述，考虑到目前开关柜温湿度控制存在的问题，需要一种新的方法以解决上述问题。

发明内容

为克服上述缺陷，本发明提供了一种环网柜的除湿防凝露智能控制系统及方法，该系统包括冷凝除湿控制器、除湿器、手持机、数据基站、管理中心。所述控制器、手持机、数据基站之间可通过无线信道交互数据；手持机和数据基站可以接收来自控制器的无线数据，也可以对控制器进行控制和参数设置；所述手持机可通过WiFi、Bluetooth、数据线或存储卡方式与管理中心交互数据，数据基站通过以太网或串口方式与管理中心连接。

该系统采用模糊分数阶PID控制算法实现控制器的控制功能。

本发明系统主要功能特点：

(1)实时监测环境温度、相对湿度、露点温度，智能控制除湿，预防凝露现象的发生。

(2)支持现场手持机巡检和远程实时在线监测设备状态的应用。

(3)支持本地显示和参数设置。

(4)应用热电制冷技术，无需使用制冷剂或干燥剂，设备体积小、可靠性高、容易安装和维护，可以在恶劣、敏感或是空间狭小的环境中工作。

(5)设备可长期连续运行，耗电量小，运行费用低。

(6)设备电磁兼容性能良好，可用在对EMC要求较高的场合。

(7)一路备用(扩展)继电器接口，可接入灯具、风扇、加热器、电磁铁等设备实现远程遥控操作，方便用户扩展使用范围。

附图说明

图1为本发明控制系统的结构示意图。

图2为本发明控制器的结构原理图。

图3为本发明除湿器的结构原理图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明。

需要声明的是，本发明内容及具体实施方式意在证明本发明所提供技术方案的实际应用，不应解释为对本发明保护范围的限定。本领域技术人员在本发明的精神和原理启发下，可作各种修改、等同替换、或改进。但这些变更或修改均在申请待批的保护范围内。

图1为本发明控制系统的结构示意图。控制系统由控制器、除湿器等组成，分体式设计使装置具备更大的安装灵活性；另外，控制器只在需要除湿的时候接通除湿器电源，由此可大大延长除湿器电源模块的使用年限。

控制器的结构原理如图2所示。控制器主要由控制电路、AC/DC隔离电源模块、温湿度传感器电路、射频收发集成电路、中文点阵液晶模块、继电器、天线等功能单元组成。

控制器面板：4个按键、3个指示灯、1个点阵液晶屏(或数码管模组)。

控制器接口：1路电源输入接口，2路继电器常开输出接口(继电器容量为250VAC、10A)，1路故障指示输入接口(除湿器工作状态监测)。

工作原理：控制器上电后实时测量和显示环境温度、相对湿度、露点温度等信息，通过比较相对湿度、露点温度的实测值和设定阈值来控制除湿器工作，使被监测点环境湿度始终处于系统设定条件之内。控制器工作状态信息和环境温、湿度数据都会通过无线信道发送出去，用户可以通过无线传感器网络平台实现监测设备状态的目的。

本发明系统主要技术指标：

(1)工作电源：85～265VAC(50/60Hz)/120～370VDC；

(2)控制器监测功耗：＜0.5W；

(3)除湿器功耗：＜36W；

(4)除湿量：≥5mL/h(30℃，85％RH)；

(5)相对湿度测量范围：0％RH～100％RH；

(6)相对湿度测量精度：±3％RH(20％RH～80％RH25℃)；

(7)温度测量范围：-40℃～85℃；

(8)温度测量精度：±1℃(0℃～50℃)；

(9)露点温度测量范围：0℃～50℃；

(10)工作环境温度：-20℃～65℃；

(11)工作环境湿度：20％RH～95％RH(无凝露)；

(12)无线通信频率：2.4～2.5GHz；

(13)无线器辐射功率：0dbm；

(14)控制器外形尺寸：78mm*48mm*80mm(长*宽*高，含底座)；

(15)除湿器外形尺寸：160mm*110mm*68mm(长*宽*高)；

(16)冷凝除湿装置安装方式：螺丝固定或标准35mm导轨安装；

本发明控制器主要技术指标：

(1)工作电源：85～265VAC(50/60Hz)/120～370VDC；

(2)监测功耗：＜0.5W；

(3)无线通信频率：2.4～2.5GHz；

(4)无线器辐射功率：0dbm；

(5)无线通信距离：＞300米(平直开阔地，与-90dB基站通信)

(6)相对湿度测量范围：0％RH～100％RH；

(7)相对湿度测量精度：±3％RH(20％RH～80％RH25℃)；

(8)温度测量范围：-40℃～85℃；

(9)温度测量精度：±1℃(0℃～50℃)；

(10)露点温度测量范围：0℃～50℃；

(11)工作环境温度：0℃～50℃(带液晶屏)，-20℃～65℃(无液晶屏)；

(12)工作环境湿度：20％RH～95％RH(无凝露)；

(13)外形尺寸：78mm*48mm*80mm(长*宽*高，含底座)；

(14)外壳材质：压铸铝，表面喷漆处理；

(15)预期寿命：＞50000h25℃；

(16)安装方式：螺丝固定或标准35mm导轨安装；

除湿器的结构原理如图3所示。除湿器主要由AC/DC隔离电源模块、温度传感器、滚珠轴承风扇、半导体制冷片、热端散热器、冷端散热器、积水盘等组成。

除湿器工作原理：除湿器启动工作后，半导体制冷片在一定电压下产生冷热效应，当冷端散热器表面温度低于空气露点温度时，空气中的水分子就会在冷端散热器上凝结，冷凝水滴落至积水盘并排至密封空间外部，最终达到降低工作环境湿度的目的；风扇用于热端散热器的散热、加强空气流动以提高除湿效率；温度传感器用于监测冷、热端散热器的温度，控制电路根据温度值可控制冷端散热器温度和检测半导体制冷片是否出现故障。

模糊控制规则是整个模糊控制的核心，本发明取模糊控制器的输入为开关柜温湿度的误差e和误差的变化率e_c，模糊子集设置为负大、负中、负小、零、正小、正中、正大。输入输出变量选用三角形建立隶属度函数。

对于不同的温湿度误差和误差变化率，模糊分数阶PID控制器参数K_p、K_i、K_d的大小可按以下规律：

(1)当e较大时，应取较大的K_p，和较小的K_d，较大的K_p可以加快系统的响应速度，而较小的K_d用以增强系统抗干扰性能，此时系统将的跟踪性能也较好，同时为了避免系统响应出现较大的超调量，K_i尽量取小。

(2)当e处于中等大小时，为了使系统响应具有较小的超调量，应取较小的K_p和适当的K_i、K_d。

(3)当e较小时，这时各个参数的调节主要为了控制e_c，减小系统的稳态误差，所以应将K_p、K_i取得大些，使系统具有良好的稳态性能，同时为了避免系统产生振荡，还要根据e_c值的变化趋势调整K_d的大小。

控制参数Δλ、Δμ的大小可按以下规律确定：

()当e较大时，不论e_c的值多大，这时控制的目的主要为了消除偏差，所以取较大的Δλ，使得主要来用提高系统无差度的积分环节增强。

(2)当e处于中等大小时，取适当的Δλ、Δμ保证系统稳定且防止系统超调。

(3)当e较小时，控制的目的主要为了防止系统产生超调并且加快系统稳足速度，所以需要根据ec的值来调整Δλ、Δμ的取值。

模糊逻辑整定的参数表达式为：

\{\begin{matrix} K_{p} = K_{p 0} + Δ K_{p} \\ K_{i} = K_{i 0} + Δ K_{i} \\ K_{d} = K_{d 0} + Δ K_{d} \\ λ = λ_{0} + Δλ \\ μ = μ_{0} + Δμ \end{matrix}

其中K_p0、K_i0、K_d0、λ₀、μ₀为控制器参数初值，ΔK_p0、ΔK_i0、ΔK_d0、Δλ、Δμ为经过模糊推理的结果后、获取的对应参量的增量。

Claims

1.一种环网柜的除湿防凝露智能控制系统及方法，其特征在于：包括冷凝除湿控制器、除湿器、手持机、数据基站、管理中心。所述控制器、手持机、数据基站之间可通过无线信道交互数据；手持机和数据基站可以接收来自控制器的无线数据，也可以对控制器进行控制和参数设置；所述手持机可通过WiFi、Bluetooth、数据线或存储卡方式与管理中心交互数据，数据基站通过以太网或串口方式与管理中心连接。

2.根据权利要求1所述的一种环网柜的除湿防凝露智能控制系统及方法，其特征在于：采用模糊分数阶PID控制算法实现控制器的控制功能。