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計及應用

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設備種類多，需要運行人員操作的設備多，要減輕運行人員的負擔，需要提高能源站的自動化水平，實施“一鍵啟?！?。本文對主機需要完成的控制功能、子系統(tǒng)需要完成的控制邏輯、能源站的運行模式進行研究，分別提出了能源站“一鍵啟動”運行模型、“一鍵停止”運行模型。為提高能源站的自動化水平，提供了合理的設計方案。

樓宇式分布式能源；一鍵啟停；控制邏輯；運行模型；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)場的能源中心，是利用發(fā)電廢熱制冷制熱的梯級能源利用技術(shù)，能源利用效率能夠達到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計研究對象，能源站配置2臺JM620型3.3MW的燃氣內(nèi)燃發(fā)電機組+2臺2.9MW煙氣熱水型溴化鋰機+2臺3.5MW直燃機+2臺1.8MW水冷螺桿式電制冷機，滿足園區(qū)空調(diào)冷熱、生活熱水和部分電力負荷需求，其中直燃機、電制冷機等為冷熱調(diào)峰設備[4]。

分布式能源站主機設備類型多，需要運行人員操作的設備多，工藝系統(tǒng)關(guān)聯(lián)，運行工況多，增加了操作員的操作難度，也帶來了誤操作的安全隱患。為確保機組安全、穩(wěn)定運行，提高能源站自動控制水平，需要設計機組自啟停控制系統(tǒng)（APS—Automatic Plant Startup/Shutdown System）[5-6]。APS就是根據(jù)能源站的不同運行工況，在啟停過程中需要對機組工況全面、準確、迅速的檢測，通過大量的條件與時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、主設備的控制系統(tǒng)等發(fā)出啟動或停運命令，以最終實現(xiàn)能源站全工況的“一鍵啟動”、“一鍵停止”程序。

要實現(xiàn)APS控制系統(tǒng)，需要先設計完成能源站主機設備的控制功能、子功能組（系統(tǒng)功能程序）、功能組（不同運行工況的子程序），“一鍵啟動”、“一鍵停止”程序調(diào)用前面的功能組、子功能子程序。

1 能源站主機設備的控制功能

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

1.1 內(nèi)燃機控制

內(nèi)燃機是建筑樓宇分布式能源站的原動機，以天然氣為燃料，帶動內(nèi)燃機發(fā)電機組發(fā)電，內(nèi)燃機燃燒產(chǎn)生的高溫煙氣驅(qū)動煙氣熱水型溴化鋰機產(chǎn)生冷熱，同時內(nèi)燃機的高溫缸套水也是煙氣熱水型溴化鋰機的一次熱源。

燃氣內(nèi)燃機目前大多采用進口設備，華電產(chǎn)業(yè)園采用GE顏巴赫內(nèi)燃機。內(nèi)燃機控制系統(tǒng)具有如下功能：

1）在自動控制的情況下，保證機組能夠在設定的工況下連續(xù)穩(wěn)定運行。

2）保證機組能夠在預設的恒定負荷方式下運行，又能在自動頻率控制方式下運行。

3）機組應能夠快速啟動并加速到額定速度。4）機組應能夠自動同步及自動增減負荷。

1.2 余熱機控制

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

1）制冷量/制熱量自動調(diào)節(jié)。制冷量/制熱量的調(diào)節(jié)主要是針對冷/熱水出口溫度進行控制。制冷量/供熱量自動調(diào)節(jié)回路由冷/熱水側(cè)溫度測量、高低溫熱交換器調(diào)節(jié)閥構(gòu)成，PLC程序根據(jù)溫度測量信號調(diào)節(jié)高低溫熱交換器調(diào)節(jié)閥。

2）冷卻水進口低溫限度控制。冷卻水進水溫度需要控制在18～34℃范圍內(nèi)，才能保證機組的正常運行。冷卻水溫度太低會導致機組結(jié)晶。

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

4）溶液循環(huán)量控制。采用變頻器控制溶液泵的轉(zhuǎn)速，使機組在最佳溶液循環(huán)量下運行。機組由高發(fā)液位電極式液位計、高發(fā)壓力傳感器、變頻器共同控制。當液位異常時，調(diào)節(jié)變頻器泵使液位回復正常；當液位正常時，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 直然機控制

直燃機與余熱機控制類似，直燃機多一項燃燒器的控制。直燃機通過低發(fā)出口濃溶液溫度和冷凝溫度信號計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，實際測得的噴淋溶液溫度要大于安全溫度。當實際測得的噴淋溶液溫度低于安全溫度時，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 螺桿冷水機組控制

1.4.1 能量調(diào)節(jié)系統(tǒng)

螺桿式制冷壓縮機能量調(diào)節(jié)主要采用壓縮機卸載的能量調(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。壓縮機滑閥所處的位置，可以根據(jù)冷水、進出口溫度調(diào)節(jié)滑閥。滑閥能量調(diào)節(jié)屬無級調(diào)節(jié)，能量調(diào)節(jié)范圍一般為10%～100%，以在負荷為50%以上運轉(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、滑閥共同組成了對冷水溫度進行控制的閉環(huán)系統(tǒng)。

（2）根據(jù)冷水進水溫度來調(diào)節(jié)滑閥。根據(jù)冷水出口溫度調(diào)節(jié)滑閥，由于冷水的進口溫度受外界負荷影響較大，機組控制反應迅速，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 安全保護系統(tǒng)

螺桿式壓縮機組通?？刂票Ｗo以下幾個方面：機組缺水保護、機組防凍保護、機組高、低壓保護、壓縮機過載保護、壓縮機內(nèi)保、壓縮機相序保護、油位開關(guān)保護。

（2）內(nèi)燃機程控停止順序：

內(nèi)燃機停止→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)進口電動閥關(guān)閉→低換一次側(cè)進口電動閥關(guān)閉→高溫散熱器水泵停止→高換二次側(cè)進口電動閥關(guān)閉→結(jié)束。

2 主機設備的子組程序控制

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

表1 主機設備控制系統(tǒng)與DCS系統(tǒng)之間硬接線點

2.1 內(nèi)燃機的程控

內(nèi)燃機相關(guān)的輔助設備如下：低溫水泵、高溫水泵、低溫換熱器水泵、高溫換熱器水泵、低換二次側(cè)進口電動閥、高換二次側(cè)進口電動閥、低換一次側(cè)進口電動閥。

（1）內(nèi)燃機程控啟動順序：

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

2.2 余熱機的程控

余熱機相關(guān)的輔助設備如下：余熱機冷卻水泵、余熱機空調(diào)水泵、余熱機冷塔風機。

（1）余熱機啟動順序：

余熱機空調(diào)水泵啟動→余熱機冷卻水泵啟動→余熱機冷塔分機啟動→余熱機啟動→結(jié)束。

（2）余熱機停止順序：

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

2.3 直然機的程控

直燃機相關(guān)的輔助設備如下：直燃機冷卻水泵、直燃機空調(diào)水泵、直燃機冷塔風機、直燃機煙氣擋板門。

（1）直燃機啟動順序：

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

（2）直燃機停止順序：

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

2.4 螺桿冷水機組程控

螺桿冷水機組的輔助設備如下：電制冷機組冷卻水泵、電制冷機組空調(diào)水泵、電制冷機組冷塔風機、電制冷空調(diào)水供水電動閥、電制冷空調(diào)水回水電動閥。

（1）螺桿冷水機組啟動順序：

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

（2）螺桿冷水機組停止順序：

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

3 全廠所有工況的“一鍵啟?！?/h2>

與內(nèi)燃機發(fā)電機組配套的余熱機參數(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。

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

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

全工況“一鍵啟動”模型如圖9所示，設置一個斷點；全工況“一鍵啟動”模型如圖10所示，無斷點。

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，介紹了一種如何實現(xiàn)一鍵啟動的控制模型。首先完成主機設備本體的控制程序，再設計主機+主機輔助設備的子程序，再分析能源站可能的運行模式，最后設計全工況的“一鍵啟動”模型、“一鍵停止”模型。程序為一級一級調(diào)用主設備相關(guān)的程序、子程序。本論文可為基于樓宇式燃氣分布式能源站項目的“一鍵啟?！笨刂七壿嫷膶崿F(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)裝置及應用[M].北京：中國電力出版社，2010.

[4]華電產(chǎn)業(yè)園能源站項目初步設計說明書[Z].中機國能電力工程有限公司，2012.

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

[6]王立地.自動順序啟停系統(tǒng)“一鍵式啟?！被A邏輯設計與應用[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

國家能源分布式能源技術(shù)研發(fā)中心項目（CHDKJ14-01-26）

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