張愛平，楊玲，徐靜靜，和彬彬，張希，閆廣華

（1.華電分布式能源工程技術(shù)有限公司，北京100070；2.國(guó)家能源分布式能源研發(fā)中心，北京100070）

基于樓宇式分布式能源站“一鍵啟?！边壿嬙O(shè)計(jì)及應(yīng)用

張愛平1，2，楊玲1，2，徐靜靜1，2，和彬彬1，2，張希1，2，閆廣華1，2

（1.華電分布式能源工程技術(shù)有限公司，北京100070；2.國(guó)家能源分布式能源研發(fā)中心，北京100070）

樓宇式分布式能源站涉及到的主機(jī)設(shè)備種類多，需要運(yùn)行人員操作的設(shè)備多，要減輕運(yùn)行人員的負(fù)擔(dān)，需要提高能源站的自動(dòng)化水平，實(shí)施“一鍵啟?！?。本文對(duì)主機(jī)需要完成的控制功能、子系統(tǒng)需要完成的控制邏輯、能源站的運(yùn)行模式進(jìn)行研究，分別提出了能源站“一鍵啟動(dòng)”運(yùn)行模型、“一鍵停止”運(yùn)行模型。為提高能源站的自動(dòng)化水平，提供了合理的設(shè)計(jì)方案。

樓宇式分布式能源；一鍵啟停；控制邏輯；運(yùn)行模型；APS；DCS

0 引言

樓宇式分布式能源是建筑冷熱電聯(lián)供（Building Cooling Heating&Power，BCHP）最主要的系統(tǒng)形式之一，是解決建筑冷、熱、電等能源需求并安裝在用戶現(xiàn)場(chǎng)的能源中心，是利用發(fā)電廢熱制冷制熱的梯級(jí)能源利用技術(shù)，能源利用效率能夠達(dá)到80%以上[1-3]。

本文以華電產(chǎn)業(yè)園樓宇式分布式能源站為設(shè)計(jì)研究對(duì)象，能源站配置2臺(tái)JM620型3.3MW的燃?xì)鈨?nèi)燃發(fā)電機(jī)組+2臺(tái)2.9MW煙氣熱水型溴化鋰機(jī)+2臺(tái)3.5MW直燃機(jī)+2臺(tái)1.8MW水冷螺桿式電制冷機(jī)，滿足園區(qū)空調(diào)冷熱、生活熱水和部分電力負(fù)荷需求，其中直燃機(jī)、電制冷機(jī)等為冷熱調(diào)峰設(shè)備[4]。

分布式能源站主機(jī)設(shè)備類型多，需要運(yùn)行人員操作的設(shè)備多，工藝系統(tǒng)關(guān)聯(lián)，運(yùn)行工況多，增加了操作員的操作難度，也帶來了誤操作的安全隱患。為確保機(jī)組安全、穩(wěn)定運(yùn)行，提高能源站自動(dòng)控制水平，需要設(shè)計(jì)機(jī)組自啟?？刂葡到y(tǒng)（APS—Automatic Plant Startup/Shutdown System）[5-6]。APS就是根據(jù)能源站的不同運(yùn)行工況，在啟停過程中需要對(duì)機(jī)組工況全面、準(zhǔn)確、迅速的檢測(cè)，通過大量的條件與時(shí)間等方面的邏輯判斷，按規(guī)定好的程序向各功能組、子功能組、主設(shè)備的控制系統(tǒng)等發(fā)出啟動(dòng)或停運(yùn)命令，以最終實(shí)現(xiàn)能源站全工況的“一鍵啟動(dòng)”、“一鍵停止”程序。

要實(shí)現(xiàn)APS控制系統(tǒng)，需要先設(shè)計(jì)完成能源站主機(jī)設(shè)備的控制功能、子功能組（系統(tǒng)功能程序）、功能組（不同運(yùn)行工況的子程序），“一鍵啟動(dòng)”、“一鍵停止”程序調(diào)用前面的功能組、子功能子程序。

1 能源站主機(jī)設(shè)備的控制功能

樓宇式分布式能源主機(jī)設(shè)備控制系統(tǒng)主要完成設(shè)備本體的控制及保護(hù)功能。

1.1 內(nèi)燃機(jī)控制

內(nèi)燃機(jī)是建筑樓宇分布式能源站的原動(dòng)機(jī)，以天然氣為燃料，帶動(dòng)內(nèi)燃機(jī)發(fā)電機(jī)組發(fā)電，內(nèi)燃機(jī)燃燒產(chǎn)生的高溫?zé)煔怛?qū)動(dòng)煙氣熱水型溴化鋰機(jī)產(chǎn)生冷熱，同時(shí)內(nèi)燃機(jī)的高溫缸套水也是煙氣熱水型溴化鋰機(jī)的一次熱源。

燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)目前大多采用進(jìn)口設(shè)備，華電產(chǎn)業(yè)園采用GE顏巴赫內(nèi)燃機(jī)。內(nèi)燃機(jī)控制系統(tǒng)具有如下功能：

1）在自動(dòng)控制的情況下，保證機(jī)組能夠在設(shè)定的工況下連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行。

2）保證機(jī)組能夠在預(yù)設(shè)的恒定負(fù)荷方式下運(yùn)行，又能在自動(dòng)頻率控制方式下運(yùn)行。

3）機(jī)組應(yīng)能夠快速啟動(dòng)并加速到額定速度。4）機(jī)組應(yīng)能夠自動(dòng)同步及自動(dòng)增減負(fù)荷。

1.2 余熱機(jī)控制

煙氣熱水型溴化鋰機(jī)（以下簡(jiǎn)稱為余熱機(jī)），機(jī)組自帶PLC控制系統(tǒng)。PLC控制系統(tǒng)根據(jù)冷溫水出口溫度、冷溫水進(jìn)口溫度及機(jī)組內(nèi)溶液的濃度來調(diào)節(jié)機(jī)組制冷/制熱量。主要控制功能如下：

1）制冷量/制熱量自動(dòng)調(diào)節(jié)。制冷量/制熱量的調(diào)節(jié)主要是針對(duì)冷/熱水出口溫度進(jìn)行控制。制冷量/供熱量自動(dòng)調(diào)節(jié)回路由冷/熱水側(cè)溫度測(cè)量、高低溫?zé)峤粨Q器調(diào)節(jié)閥構(gòu)成，PLC程序根據(jù)溫度測(cè)量信號(hào)調(diào)節(jié)高低溫?zé)峤粨Q器調(diào)節(jié)閥。

2）冷卻水進(jìn)口低溫限度控制。冷卻水進(jìn)水溫度需要控制在18～34℃范圍內(nèi)，才能保證機(jī)組的正常運(yùn)行。冷卻水溫度太低會(huì)導(dǎo)致機(jī)組結(jié)晶。

3）溶液濃度控制?？刂葡到y(tǒng)隨時(shí)監(jiān)視溶液的噴淋濃度，與溶液濃度設(shè)定值相比較，使機(jī)組在停機(jī)后處于最佳的溶度，即防止了結(jié)晶，又加快了在此開機(jī)的速度。

4）溶液循環(huán)量控制。采用變頻器控制溶液泵的轉(zhuǎn)速，使機(jī)組在最佳溶液循環(huán)量下運(yùn)行。機(jī)組由高發(fā)液位電極式液位計(jì)、高發(fā)壓力傳感器、變頻器共同控制。當(dāng)液位異常時(shí)，調(diào)節(jié)變頻器泵使液位回復(fù)正常；當(dāng)液位正常時(shí)，變頻器的頻率有高發(fā)壓力決定，即高發(fā)壓力越高，則變頻器頻率越高。

1.3 直然機(jī)控制

直燃機(jī)與余熱機(jī)控制類似，直燃機(jī)多一項(xiàng)燃燒器的控制。直燃機(jī)通過低發(fā)出口濃溶液溫度和冷凝溫度信號(hào)計(jì)算出溶液的濃度和結(jié)晶溫度，結(jié)晶溫度考慮一定余量即為噴淋溶液要控制的安全溫度，實(shí)際測(cè)得的噴淋溶液溫度要大于安全溫度。當(dāng)實(shí)際測(cè)得的噴淋溶液溫度低于安全溫度時(shí)，要調(diào)節(jié)控制燃燒器輸入的燃料量，以維持噴淋溶液的溫度大于安全溫度。

1.4 螺桿冷水機(jī)組控制

1.4.1 能量調(diào)節(jié)系統(tǒng)

螺桿式制冷壓縮機(jī)能量調(diào)節(jié)主要采用壓縮機(jī)卸載的能量調(diào)節(jié)方法，熱氣旁通調(diào)節(jié)方式作為輔助調(diào)節(jié)手段。壓縮機(jī)滑閥所處的位置，可以根據(jù)冷水、進(jìn)出口溫度調(diào)節(jié)滑閥?；y能量調(diào)節(jié)屬無級(jí)調(diào)節(jié)，能量調(diào)節(jié)范圍一般為10%～100%，以在負(fù)荷為50%以上運(yùn)轉(zhuǎn)為宜。

（1）根據(jù)冷水出口溫度調(diào)節(jié)滑閥。溫度傳感器、微處理器、加載與減載電磁閥、滑閥共同組成了對(duì)冷水溫度進(jìn)行控制的閉環(huán)系統(tǒng)。

（2）根據(jù)冷水進(jìn)水溫度來調(diào)節(jié)滑閥。根據(jù)冷水出口溫度調(diào)節(jié)滑閥，由于冷水的進(jìn)口溫度受外界負(fù)荷影響較大，機(jī)組控制反應(yīng)迅速，但穩(wěn)定性差；采用冷水的出口溫度控制，滯后大，但穩(wěn)定性好。

1.4.2 安全保護(hù)系統(tǒng)

螺桿式壓縮機(jī)組通?？刂票Ｗo(hù)以下幾個(gè)方面：機(jī)組缺水保護(hù)、機(jī)組防凍保護(hù)、機(jī)組高、低壓保護(hù)、壓縮機(jī)過載保護(hù)、壓縮機(jī)內(nèi)保、壓縮機(jī)相序保護(hù)、油位開關(guān)保護(hù)。

（2）內(nèi)燃機(jī)程控停止順序：

內(nèi)燃機(jī)停止→高溫水泵停止→低溫水泵停止→低溫散熱器水泵停止→低換二次側(cè)進(jìn)口電動(dòng)閥關(guān)閉→低換一次側(cè)進(jìn)口電動(dòng)閥關(guān)閉→高溫散熱器水泵停止→高換二次側(cè)進(jìn)口電動(dòng)閥關(guān)閉→結(jié)束。

2 主機(jī)設(shè)備的子組程序控制

主機(jī)設(shè)備所帶控制系已能完成主機(jī)設(shè)備本體的一鍵啟停、安全保護(hù)功能。全廠DCS控制系統(tǒng)需要完成主機(jī)設(shè)備及主機(jī)相關(guān)的輔助設(shè)備的順序程控。主機(jī)設(shè)備控制系統(tǒng)與DCS系統(tǒng)之間硬接線點(diǎn)見表1。

表1 主機(jī)設(shè)備控制系統(tǒng)與DCS系統(tǒng)之間硬接線點(diǎn)

2.1 內(nèi)燃機(jī)的程控

內(nèi)燃機(jī)相關(guān)的輔助設(shè)備如下：低溫水泵、高溫水泵、低溫?fù)Q熱器水泵、高溫?fù)Q熱器水泵、低換二次側(cè)進(jìn)口電動(dòng)閥、高換二次側(cè)進(jìn)口電動(dòng)閥、低換一次側(cè)進(jìn)口電動(dòng)閥。

（1）內(nèi)燃機(jī)程控啟動(dòng)順序：

高溫水泵啟動(dòng)→高換二次側(cè)進(jìn)口電動(dòng)閥打開→高溫散熱器水泵啟動(dòng)→低溫水泵啟動(dòng)→低換一次側(cè)進(jìn)口電動(dòng)閥打開→低換二次側(cè)進(jìn)口電動(dòng)閥打開→低溫散熱器水泵啟動(dòng)→內(nèi)燃機(jī)啟動(dòng)→結(jié)束。

2.2 余熱機(jī)的程控

余熱機(jī)相關(guān)的輔助設(shè)備如下：余熱機(jī)冷卻水泵、余熱機(jī)空調(diào)水泵、余熱機(jī)冷塔風(fēng)機(jī)。

（1）余熱機(jī)啟動(dòng)順序：

余熱機(jī)空調(diào)水泵啟動(dòng)→余熱機(jī)冷卻水泵啟動(dòng)→余熱機(jī)冷塔分機(jī)啟動(dòng)→余熱機(jī)啟動(dòng)→結(jié)束。

（2）余熱機(jī)停止順序：

余熱機(jī)停止→余熱機(jī)空調(diào)水泵停止→余熱機(jī)冷卻水泵停止→余熱機(jī)冷塔分機(jī)停止→結(jié)束。

2.3 直然機(jī)的程控

直燃機(jī)相關(guān)的輔助設(shè)備如下：直燃機(jī)冷卻水泵、直燃機(jī)空調(diào)水泵、直燃機(jī)冷塔風(fēng)機(jī)、直燃機(jī)煙氣擋板門。

（1）直燃機(jī)啟動(dòng)順序：

直燃機(jī)煙氣擋板門打開→直燃機(jī)空調(diào)水泵啟動(dòng)→直燃機(jī)冷卻水泵啟動(dòng)→直燃機(jī)冷塔分機(jī)啟動(dòng)→直燃機(jī)啟動(dòng)→結(jié)束。

（2）直燃機(jī)停止順序：

直燃機(jī)停止→直燃機(jī)空調(diào)水泵停止→直燃機(jī)冷卻水泵停止→直燃機(jī)冷塔分機(jī)停止→直燃機(jī)煙氣擋板門關(guān)閉→結(jié)束。

2.4 螺桿冷水機(jī)組程控

螺桿冷水機(jī)組的輔助設(shè)備如下：電制冷機(jī)組冷卻水泵、電制冷機(jī)組空調(diào)水泵、電制冷機(jī)組冷塔風(fēng)機(jī)、電制冷空調(diào)水供水電動(dòng)閥、電制冷空調(diào)水回水電動(dòng)閥。

（1）螺桿冷水機(jī)組啟動(dòng)順序：

電制冷機(jī)組空調(diào)水供水電動(dòng)閥打開→電制冷機(jī)組空調(diào)水回水電動(dòng)閥→電制冷機(jī)組空調(diào)水泵啟動(dòng)→電制冷機(jī)組冷卻水泵啟動(dòng)→電制冷機(jī)組冷塔分機(jī)啟動(dòng)→電制冷機(jī)組啟動(dòng)→結(jié)束。

（2）螺桿冷水機(jī)組停止順序：

電制冷機(jī)組停止→電制冷機(jī)組空調(diào)水泵停止→電制冷機(jī)組冷卻水泵停止→電制冷機(jī)組冷塔分機(jī)停止→電制冷機(jī)組空調(diào)水供水電動(dòng)閥關(guān)閉→電制冷機(jī)組空調(diào)水回水電動(dòng)閥關(guān)閉→結(jié)束。

3 全廠所有工況的“一鍵啟?！?/h2>

與內(nèi)燃機(jī)發(fā)電機(jī)組配套的余熱機(jī)參數(shù)為：1）冬季工況：可提供的總采暖熱量2994kW；生活熱水換熱器提供生活熱水量1700kW；煙氣熱水換熱器提供生活熱水量250kW。2）夏季工況：額定制冷量2908kW；生活熱水換熱器提供生活熱水量1700kW；煙氣熱水換熱器提供生活熱水量130kW。

直燃機(jī)參數(shù)為：制冷量3490kW；制熱量2800kW；2#直燃機(jī)生活熱水熱量1100kW。電制冷機(jī)組：制冷量1800kW。集成化板換：制冷量1500kW。

內(nèi)燃機(jī)組運(yùn)行負(fù)荷不能低于50%。在內(nèi)燃機(jī)組運(yùn)行條件下，優(yōu)先利用余熱機(jī)組供冷供熱；在夜間低谷電時(shí)調(diào)峰設(shè)備會(huì)選用電制冷設(shè)備供冷?；诋a(chǎn)業(yè)園項(xiàng)目的實(shí)際情況，經(jīng)分析給出以下的典型工況運(yùn)行模式：冬季采暖運(yùn)行模式如圖3所示；夏季供冷高峰時(shí)段運(yùn)行模式如圖4所示；夏季供冷非高峰夜間時(shí)段運(yùn)行模式如圖5所示；過渡季運(yùn)行模式如圖6所示；非夏季供冷運(yùn)行模式如圖7所示；供生活熱水運(yùn)行模式如圖8所示。

全工況“一鍵啟動(dòng)”模型如圖9所示，設(shè)置一個(gè)斷點(diǎn)；全工況“一鍵啟動(dòng)”模型如圖10所示，無斷點(diǎn)。

4 結(jié)語

本文以華電產(chǎn)業(yè)園樓宇式分布式能源站為例，介紹了一種如何實(shí)現(xiàn)一鍵啟動(dòng)的控制模型。首先完成主機(jī)設(shè)備本體的控制程序，再設(shè)計(jì)主機(jī)+主機(jī)輔助設(shè)備的子程序，再分析能源站可能的運(yùn)行模式，最后設(shè)計(jì)全工況的“一鍵啟動(dòng)”模型、“一鍵停止”模型。程序?yàn)橐患?jí)一級(jí)調(diào)用主設(shè)備相關(guān)的程序、子程序。本論文可為基于樓宇式燃?xì)夥植际侥茉凑卷?xiàng)目的“一鍵啟?！笨刂七壿嫷膶?shí)現(xiàn)提供參考。

[1]殷平.冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)研究（1）分布式能源還是冷熱電三聯(lián)供[J].暖通空調(diào)，2013，44（4）：10-17.

[2]殷平.冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)研究（2）冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)是否應(yīng)該“以熱定電”[J].暖通空調(diào)，2013，44（5）：82-87.

[3]金紅光，鄭丹星，徐建中.分布式冷熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)裝置及應(yīng)用[M].北京：中國(guó)電力出版社，2010.

[4]華電產(chǎn)業(yè)園能源站項(xiàng)目初步設(shè)計(jì)說明書[Z].中機(jī)國(guó)能電力工程有限公司，2012.

[5]于春妹.北京南能源站自動(dòng)控制方案研究[J].鐵路通信信號(hào)工程技術(shù)（RSCE），2009，6（2）：27-30.

[6]王立地.自動(dòng)順序啟停系統(tǒng)“一鍵式啟?！被A(chǔ)邏輯設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J].廣東電力，2009，22（1）：65-69.

Logic Design and Application of“Startup/Shutdown with One Key”for Building Distributed Energy Sources Station

ZHANG Ai-ping1，2，YANG Ling1，2，XU Jing-jing1，2，HE Bin-bin1，2，ZHANG Xi1，2，YAN Guang-hua1，2
（1.Huadian Distributed Energy Engineering Technology Co.Ltd.，Beijing 100070，China；2.Research and Development Center of National Distributed Energy，Beijing 100070，China）

There are many types of main equipment in the building distributed energy source station.The operators need to operate all of these types equipment.To reduce pressure of the station’s operator，the station is necessary for realizing full automation，i.e.“startup/shutdown with one key”.This paper studies the main equipment’s control function，the control logic algorithms of sub-system，and the running models of the station.Based on above the control function，design the logic algorithms of“startup with one key”and“shutdown with one key”about the building distributed energy source station.To improve the level of the automation，this paper proposes one reasonable designing scheme.

building distributed energy source；startup/shutdown with one key；control logic algorithm；running model；APS-Automatic Plant Startup/Shutdown System；DCS-Distributed Control System

10.3969/J.ISSN.2095-3429.2016.04.001

TM76

B

2095-3429（2016）04-0001-06

2016-04-18

修回日期：2016-05-30

國(guó)家能源分布式能源技術(shù)研發(fā)中心項(xiàng)目（CHDKJ14-01-26）

張愛平（1977-），女，河北石家莊人，碩士研究生，高級(jí)工程師，主要從事分布式能源站控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及研究工作。