1.本發(fā)明屬于大功率電氣設(shè)備冷卻技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種應(yīng)用于儲能電站的多級冷卻系統(tǒng)及控制方法。

背景技術(shù)：

2.當前，新型儲能面臨從商業(yè)化初期向規(guī)模化發(fā)展轉(zhuǎn)變的關(guān)鍵時期。基于電力發(fā)展現(xiàn)狀，水力發(fā)電和風(fēng)力發(fā)電高速發(fā)展，但均受制于風(fēng)光資源時空分布不均勻的特性，電能輸送存在波峰波谷，缺乏穩(wěn)定電力輸出，儲能電站的建立在此背景下顯得尤為重要。水冷系統(tǒng)作為電池儲能電站的配套關(guān)鍵設(shè)備，市場已經(jīng)鋪開，相應(yīng)的水冷產(chǎn)品更應(yīng)規(guī)范成形，并進行技術(shù)升級迭代更新，以滿足更多更大的市場需求。

3.儲能電站是現(xiàn)代電力系統(tǒng)和智能電網(wǎng)的重要組成部分，也是實現(xiàn)可再生能源并網(wǎng)消納及分布式發(fā)電高效應(yīng)用的重要環(huán)節(jié)。相比于其它儲能方式，電化學(xué)儲能具有相應(yīng)時間短、能量密度高、場地受限小等優(yōu)勢，尤其適用于城市儲能系統(tǒng)。相比鉛酸、鈉酸等電化學(xué)儲能系統(tǒng)而言，鋰離子電池儲能系統(tǒng)具有能量密度高、轉(zhuǎn)換效率高、自放電率低、適用壽命長等優(yōu)勢。近年來隨著電池技術(shù)的不斷進步及其成本的降低，以鋰離子電池為主的電化學(xué)儲能系統(tǒng)得到了迅速發(fā)展和工程應(yīng)用。然而，鋰離子電池采用易燃的有機電解液，且材料體系熱值高。在電池本體或電氣設(shè)備發(fā)生故障后，電池溫度失控引發(fā)鏈式分解反應(yīng)，進而演化為儲能系統(tǒng)燃燒爆炸等重大安全事故。例如，2021年4月16日北京豐臺區(qū)一儲能電站發(fā)生爆炸，造成2名消防員犧牲。國內(nèi)外鋰電池系統(tǒng)的工程應(yīng)用均有火災(zāi)事故發(fā)生，造成了嚴重的經(jīng)濟損失及社會影響。

4.溫度對于鋰離子電池的容量、功率和安全性都有很大的影響。大容量鋰離子電池儲能系統(tǒng)出現(xiàn)性能下降甚至安全事故的一個重要原因就是熱管理系統(tǒng)設(shè)計不合理?，F(xiàn)有儲能電站大多采用空氣冷卻方式，以空調(diào)冷風(fēng)作為冷源給電池降溫。然而，儲能系統(tǒng)在一個較為狹小的空間內(nèi)聚集了大量鋰離子電池，電池排列緊密，運行工況復(fù)雜多變；基于空氣冷卻的熱管理系統(tǒng)雖然簡單、可靠性高，但其熱容低、換熱系數(shù)有限，不足以應(yīng)對儲能系統(tǒng)日益提高的熱管理需求；同時，空氣冷卻缺乏控制局部熱失控蔓延的能力。

5.現(xiàn)有技術(shù)中，已投運的集中式儲能電站均采用風(fēng)冷型換熱方式，存在電池換熱不均、電芯溫度波動及差異較大、冷卻效率偏低，為此，現(xiàn)有技術(shù)1(cn113410539a)“儲能電站冷卻方法、系統(tǒng)、電子設(shè)備”，提出了電池管理系統(tǒng)基于采集的溫度數(shù)據(jù)、電池模組的狀態(tài)數(shù)據(jù)，獲取電池產(chǎn)熱功率；根據(jù)該電池產(chǎn)熱功率，計算冷卻水的流速；冷卻裝置中的工質(zhì)吸收電池模組中的電池熱量并發(fā)生汽化，產(chǎn)生密度差和壓力差，驅(qū)動工質(zhì)自然循環(huán)流動；電池管理系統(tǒng)基于溫度數(shù)據(jù)、流量數(shù)據(jù)執(zhí)行一次判斷，以選擇維持自循環(huán)模式或執(zhí)行強迫循環(huán)模式；在t+δt時刻時，基于溫度數(shù)據(jù)執(zhí)行二次判斷，以選擇維持循環(huán)泵的轉(zhuǎn)速或控制循環(huán)泵的轉(zhuǎn)速加δn運作；現(xiàn)有技術(shù)1提供的儲能電站冷卻系統(tǒng)依據(jù)電池產(chǎn)熱功率，可自主選擇無泵自循環(huán)或強迫循環(huán)的控制策略，在保證電池溫度安全的同時有效降低冷卻功耗，利用工質(zhì)相變過程進行換熱，具有潛熱高、換熱系數(shù)高、相變過程溫度不變等優(yōu)勢，有效控制電池

溫度、提高溫度分布均勻性，冷卻裝置作為電池柜支撐件的一部分，實現(xiàn)緊湊的冷卻結(jié)構(gòu)，有效提高儲能電站體積能量密度，但是現(xiàn)有技術(shù)1中采用風(fēng)冷型換熱方式，存在占地面積較大、風(fēng)機故障率偏高等缺點，因此，現(xiàn)有技術(shù)2(cn203134898u)“一種兆瓦級液流電池的換熱系統(tǒng)”包括：至少一個接收來自用于冷卻液流電池電解液的換熱裝置的冷卻水的冷卻塔，所述換熱裝置與電解液儲罐相連；至少一個通過接收來自冷卻塔的冷卻水而與冷卻塔相連的用于存儲冷卻水的容器；至少一個接收來自所述用于存儲冷卻水的容器的流體輸送裝置，所述換熱裝置通過接收來自所述流體輸送裝置的冷卻水而與流體輸送裝置相連；用于連接各個系統(tǒng)單元的管道和用于控制管道的閥門?，F(xiàn)有技術(shù)1減小了冷卻循環(huán)水設(shè)計規(guī)模，降低了運營能耗，提高整個液流電池系統(tǒng)的效率。雖然該換熱系統(tǒng)采用冷卻塔進行冷卻，，但是僅使用溫度傳感器和流量計量裝置，進行冷卻水的溫度調(diào)整，這樣的控溫存在溫度波動大無法滿足儲能電站恒溫要求；此外，現(xiàn)有技術(shù)2中的換熱系統(tǒng)不可避免的會出現(xiàn)凝露現(xiàn)象，如果對凝露不進行有效控制，進而會在相關(guān)電力設(shè)備或部件的表面產(chǎn)生一定量的液態(tài)水，當液態(tài)水與灰塵混合后，會產(chǎn)生相應(yīng)的導(dǎo)電通道，進而對電氣設(shè)備的絕緣造成影響，嚴重的會導(dǎo)致儲能電站短路失火。

6.綜上，需要結(jié)合儲能電站的實際情況，對儲能電站的冷卻系統(tǒng)進行研究。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

7.為解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明的目的在于，提供一種應(yīng)用于儲能電站的多級冷卻系統(tǒng)及控制方法，根據(jù)被冷卻器件的運行溫度要求，精確控制冷卻介質(zhì)溫度，當供水溫度接近凝露溫度時對冷卻介質(zhì)進行溫度補償，防止凝露，保障系統(tǒng)的安全運行；

8.本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案。

9.一種應(yīng)用于儲能電站的多級冷卻系統(tǒng)，使用冷卻水帶走被冷卻器件的熱量，多級冷卻系統(tǒng)與被冷卻器件液冷系統(tǒng)連接，多級冷卻系統(tǒng)包括控制裝置，所述系統(tǒng)包括：第一級熱循環(huán)回路，第二級熱循環(huán)回路，第三級熱循環(huán)回路；

10.第一級熱循環(huán)回路包括：采用一工一備方式的兩臺主循環(huán)泵；第二級熱循環(huán)回路包括：二次循環(huán)水泵，板式換熱器；第三級熱循環(huán)回路包括：蒸發(fā)器，冷凝器，冷凝風(fēng)機；

11.第一級熱循環(huán)回路與被冷卻器件液冷系統(tǒng)相連，通過處于工作狀態(tài)下的主循環(huán)泵將冷卻水供至被冷卻器件液冷系統(tǒng)中進行熱交換，被冷卻器件的熱量傳遞為冷卻水的熱量；冷卻水流經(jīng)第二級熱循環(huán)回路的板式換熱器處，與冷媒體進行熱交換，冷卻水的熱量傳遞為冷媒體的熱量；通過第二級換熱循環(huán)回路中的二次循環(huán)水泵將冷媒體供至第三級換熱循環(huán)回路中的蒸發(fā)器進行熱交換，冷媒體的熱量由冷凝器和冷凝風(fēng)機帶出到環(huán)境中；

12.控制裝置控制第一級熱循環(huán)回路中的冷卻水供水溫度始終大于被冷卻器件所在環(huán)境的露點溫度；其中，冷卻水供水溫度為被冷卻器件液冷系統(tǒng)入口處的冷卻水溫度。

13.第一級熱循環(huán)回路還包括：溫濕度變送器；溫濕度變送器，安裝在被冷卻器件所在環(huán)境中，用于采集被冷卻器件所在環(huán)境的溫度和濕度，并將環(huán)境溫度和環(huán)境濕度均轉(zhuǎn)換為電信號發(fā)送給控制裝置。

14.第一級熱循環(huán)回路還包括：電動三通閥，溫度變送器，電加熱器；

15.電動三通閥，由控制裝置控制，用于對第一級熱循環(huán)回路中的冷卻水流量進行調(diào)節(jié)；電動三通閥處于全開狀態(tài)時，冷卻水全部流經(jīng)第二級熱循環(huán)回路的板式換熱器處與冷

媒體進行熱交換，冷卻水的熱量傳遞為冷媒體的熱量；電動三通閥處于全關(guān)狀態(tài)時，冷卻水全部在第一級熱循環(huán)回路中循環(huán)；

16.溫度變送器，用于采集第一級熱循環(huán)回路中的冷卻水供水溫度，并將冷卻水供水溫度轉(zhuǎn)換為電信號發(fā)送給控制裝置；

17.電加熱器，由控制裝置控制，用于當冷卻水供水溫度小于被冷卻器件所在環(huán)境的露點溫度時，對第一級熱循環(huán)回路中的冷卻水進行加熱。

18.第二級熱循環(huán)回路中，板式換熱器的入口溫度為冷卻水供水溫度，板式換熱器出口溫度為第三級熱循環(huán)回路的出口溫度；

19.其中，按照儲能電站中電池電芯的工作溫度，確定冷卻水供水溫度的設(shè)定范圍為15℃-25℃，第三級熱循環(huán)回路的出口溫度的設(shè)定范圍為5℃-10℃。

20.第二級熱循環(huán)回路還包括：穩(wěn)壓儲水罐；

21.穩(wěn)壓儲水罐，用于對第二級熱循環(huán)回路中的系統(tǒng)壓力進行穩(wěn)壓，還通過自身水容量儲備以滿足第三級熱循環(huán)回路的運行儲水要求。

22.第三級熱循環(huán)回路還包括：壓縮機；壓縮機與冷凝器串聯(lián)在蒸發(fā)器制冷管路兩端；壓縮機，用于以壓縮做功制冷的方式，將冷媒體的熱量由冷凝器和冷凝風(fēng)機帶出到環(huán)境中。

23.控制裝置包括：第一可編程控制器，第二可編程控制器，第三可編程控制器；

24.第一可編程控制器，用于根據(jù)冷卻水供水溫度控制電動三通閥，實現(xiàn)對第一級熱循環(huán)回路中的冷卻水流量的調(diào)節(jié)；還用于根據(jù)溫濕度變送器發(fā)送來的環(huán)境溫度電信號和環(huán)境濕度電信號，計算得到被冷卻器件所在環(huán)境的露點溫度；當冷卻水供水溫度小于被冷卻器件所在環(huán)境的露點溫度時，啟動電加熱器對第一級熱循環(huán)回路中的冷卻水進行加熱；

25.第二可編程控制器，用于根據(jù)第一級熱循環(huán)回路中的冷卻水溫度和冷卻水流量，控制主循環(huán)泵的啟停，以及一工一備的主循環(huán)泵之間的切換，即控制處于工作狀態(tài)的主循環(huán)泵停運，同時控制處于備用狀態(tài)的主循環(huán)泵啟動；

26.第三可編程控制器，用于根據(jù)冷卻水供水溫度及第三級熱循環(huán)回路的出口溫度，基于pid調(diào)節(jié)方式，控制壓縮機的出力頻率、冷凝風(fēng)機的轉(zhuǎn)速；還用于實時監(jiān)控第三級熱循環(huán)回路運行指標信號。一種應(yīng)用于儲能電站的多級冷卻系統(tǒng)的控制方法，所述方法包括：

27.步驟1，采集冷卻水供水溫度t

in

；當冷卻水供水溫度t

in

大于系統(tǒng)啟動溫度t

on

時，由控制裝置控制第一級熱循環(huán)回路啟動；

28.步驟2，采集被冷卻器件所在環(huán)境的露點溫度td；當t

in

≤td+1時，由控制裝置控制加熱器啟動，對第一級熱循環(huán)回路中的冷卻水進行加熱；

29.步驟3，當t

in

≥td+4時，由控制裝置控制加熱器關(guān)閉，停止對第一級熱循環(huán)回路中冷卻水的加熱；當td+1《t

in

《td+4時，控制裝置控制加熱器對第一級熱循環(huán)回路中的冷卻水進行加熱。

30.優(yōu)選地，步驟1中，第一級熱循環(huán)回路啟動包括：主循環(huán)泵通電啟動，電動三通閥處于全開狀態(tài)。

31.優(yōu)選地，步驟1中，第一級熱循環(huán)回路啟動后，控制裝置根據(jù)冷卻水供水溫度實時控制電動三通閥，包括：

32.步驟1.1，當冷卻水供水溫度大于系統(tǒng)啟動溫度、且冷卻水供水溫度與系統(tǒng)啟動溫度的差值大于4℃時，開啟電動三通閥直到全開狀態(tài)；

33.步驟1.2，當冷卻水供水溫度小于系統(tǒng)啟動溫度、且冷卻水供水溫度與系統(tǒng)啟動溫度的差值大于2℃時，關(guān)閉電動三通閥直到全關(guān)狀態(tài)。

34.優(yōu)選地，步驟1中，系統(tǒng)啟動溫度為18℃；

35.優(yōu)選地，步驟2中，控制裝置根據(jù)被冷卻器件所在環(huán)境的溫度和濕度，以如下關(guān)系式計算得到環(huán)境的露點溫度td；

[0036][0037]

式中，γ(t,rh)為溫濕度實測值，滿足如下關(guān)系式：

[0038][0039]

上述式中，

[0040]

t為所在環(huán)境的溫度，即實測干球溫度，

[0041]

rh為所在環(huán)境的濕度，即實測相對濕度，

[0042]

a為第一常量，取值為17.27℃，

[0043]

b為第二常量，取值為237.7℃。

[0044]

本發(fā)明的有益效果在于，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明采用液冷系統(tǒng)對儲能電站進行集中供冷，能夠同時穩(wěn)定的控制制冷機組出水溫度和被冷卻器件供水溫度，避免凝露現(xiàn)象發(fā)生，特別適用于電力電子裝置的冷卻；同時，還減少了占地面積，極大地提高了液冷系統(tǒng)單位體積的換熱效率，有效地降低了噪音，能夠作為集中式儲能電站的液冷方案的示范。

[0045]

有益效果還包括：

[0046]

1)由控制裝置對電動三通閥采取脈沖式開閉控制，當系統(tǒng)啟動初期，電動三通閥處于全開狀態(tài)，避免系統(tǒng)初始運行水溫過高對被冷卻器件的運行造成影響；

[0047]

2)優(yōu)選控制電動三通閥，實現(xiàn)冷卻水流量的調(diào)節(jié)，從而滿足被冷卻器件散熱需求；供水溫度不受環(huán)境溫度影響，供水溫度穩(wěn)定，溫度波動極低，有利于儲能電站內(nèi)電池運行壽命的改善；

[0048]

3)設(shè)置板式換熱器，連接第一級熱循環(huán)回路和第二級熱循環(huán)回路，將經(jīng)制冷機組蒸發(fā)器換熱后的冷水與第一換熱循環(huán)中來自被冷卻器件的熱水進行熱交換；通過板式熱交換器將制冷機組出水溫度的冷凍水隔開，并通過自身熱交換，為被冷卻器件提供滿足供水溫度要求的冷卻水，能夠同時穩(wěn)定的控制制冷機組出水溫度和被冷卻器件供水溫度，從而適用于電力電子裝置的冷卻供水；

[0049]

4)冷卻系統(tǒng)設(shè)置了溫濕度變送器，通過溫濕度變送器實時比對供水溫度與露點溫度，對電加熱器做出指令，冷卻水供水溫度低于/接近露點時，電加熱器強制啟動做出溫度補償，將供水溫度升高，避免凝露現(xiàn)象發(fā)生；

[0050]

5)設(shè)置穩(wěn)壓儲水罐，既滿足第二級熱循環(huán)回路的水系統(tǒng)穩(wěn)壓要求，又能通過自身水容量的儲備，滿足第二級熱循環(huán)回路中制冷機組的一次運行儲水要求，避免制冷機組的頻繁啟停；

[0051]

6)通過采用免維護型元器件，降低冷卻系統(tǒng)故障率，為儲能電站可靠運行提供保障。

附圖說明

[0052]

圖1是本發(fā)明提出的一種應(yīng)用于儲能電站的多級冷卻系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

[0053]

圖1中的附圖標記說明如下：

[0054]

1a-工作狀態(tài)下的主循環(huán)泵；1b-備用狀態(tài)下的主循環(huán)泵；

[0055]

2-電動三通閥；

[0056]

3-主過濾器；

[0057]

4-被冷卻器件；

[0058]

5-二次循環(huán)水泵；

[0059]

6-板式換熱器；

[0060]

7-穩(wěn)壓儲水罐；

[0061]

8-冷凝風(fēng)機；

[0062]

9-壓縮機；

[0063]

10-蒸發(fā)器；

[0064]

11-冷凝器；

[0065]

12-溫度變送器；

[0066]

13-加熱器；

[0067]

14-濕溫度變送器；

[0068]

c/a-去離子罐；

[0069]

圖2是本發(fā)明提出的一種應(yīng)用于儲能電站的多級冷卻系統(tǒng)的控制方法的步驟框圖；

[0070]

圖3是本發(fā)明一實施例中多級冷卻系統(tǒng)的控溫邏輯流程圖；

[0071]

圖4是本發(fā)明一實施例中多級冷卻系統(tǒng)的電加熱器控制流程圖。

具體實施方式

[0072]

下面結(jié)合附圖對本技術(shù)作進一步描述。以下實施例僅用于更加清楚地說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而不能以此來限制本技術(shù)的保護范圍。

[0073]

實施例1。

[0074]

一種應(yīng)用于儲能電站的多級冷卻系統(tǒng)，使用冷卻水帶走被冷卻器件的熱量，多級冷卻系統(tǒng)與被冷卻器件液冷系統(tǒng)連接，多級冷卻系統(tǒng)包括控制裝置，所述系統(tǒng)如圖1所示，包括：第一級熱循環(huán)回路，第二級熱循環(huán)回路，第三級熱循環(huán)回路；

[0075]

第一級熱循環(huán)回路包括：采用一工一備方式的兩臺主循環(huán)泵1a和1b；第二級熱循環(huán)回路包括：二次循環(huán)水泵5，板式換熱器6；第三級熱循環(huán)回路包括：蒸發(fā)器10，冷凝器11，冷凝風(fēng)機8；

[0076]

第一級熱循環(huán)回路與被冷卻器件液冷系統(tǒng)相連；第一級熱循環(huán)回路中，處于工作狀態(tài)下的主循環(huán)泵1a為冷卻水提供循環(huán)動力，將冷卻水供至被冷卻器件液冷系統(tǒng)中進行熱交換，這次熱交換將被冷卻器件的熱量傳遞為冷卻水的熱量，從而實現(xiàn)對被冷卻器件的散熱；冷卻水從被冷卻器件液冷系統(tǒng)流出后，在電動三通閥2的控制下，流入第二級熱循環(huán)回路的板式換熱器6，在此處冷卻水與冷媒體進行熱交換，將冷卻水的熱量傳遞為冷媒體的熱量，以降低冷卻水供水溫度；而冷媒體，在第二級換熱循環(huán)回路中的二次循環(huán)水泵5提供的

動力下，進入第三級換熱循環(huán)回路中的蒸發(fā)器10中進行熱交換，其中壓縮機9進行壓縮做功，將冷媒體的熱量由冷凝器11和冷凝風(fēng)機8帶出到環(huán)境中。

[0077]

為了避免凝露現(xiàn)象的發(fā)生，控制裝置控制第一級熱循環(huán)回路中的冷卻水供水溫度始終大于被冷卻器件所在環(huán)境的露點溫度；其中，冷卻水供水溫度為被冷卻器件液冷系統(tǒng)入口處的冷卻水溫度。

[0078]

第一級熱循環(huán)回路還包括：溫濕度變送器14；溫濕度變送器14，安裝在被冷卻器件4所在環(huán)境中，用于采集被冷卻器件4所在環(huán)境的溫度和濕度，并將環(huán)境溫度和環(huán)境濕度均轉(zhuǎn)換為電信號發(fā)送給控制裝置。

[0079]

第一級熱循環(huán)回路還包括：電動三通閥2，溫度變送器12，電加熱器13；

[0080]

電動三通閥2，由控制裝置控制，用于對第一級熱循環(huán)回路中的冷卻水流量進行調(diào)節(jié)；電動三通閥2處于全開狀態(tài)時，冷卻水全部流經(jīng)第二級熱循環(huán)回路的板式換熱器6處與冷媒體進行熱交換，冷卻水的熱量傳遞為冷媒體的熱量；電動三通閥2處于全關(guān)狀態(tài)時，冷卻水全部在第一級熱循環(huán)回路中循環(huán)；

[0081]

溫度變送器12，用于采集第一級熱循環(huán)回路中的冷卻水供水溫度，并將冷卻水供水溫度轉(zhuǎn)換為電信號發(fā)送給控制裝置；

[0082]

電加熱器13，由控制裝置控制，用于當冷卻水供水溫度小于被冷卻器件所在環(huán)境的露點溫度時，對第一級熱循環(huán)回路中的冷卻水進行加熱。

[0083]

第一級熱循環(huán)回路還包括去離子罐c/a，主過濾器3；去離子罐c/a和主過濾器3實現(xiàn)第一級熱循環(huán)回路中冷卻水的凈化與過濾，避免各種雜質(zhì)對被冷卻器件的運行產(chǎn)生影響。

[0084]

第二級熱循環(huán)回路中，板式換熱器6的入口溫度為冷卻水供水溫度，板式換熱器6出口溫度為第三級熱循環(huán)回路的出口溫度；

[0085]

其中，按儲能電池電芯的工作溫度要求，可設(shè)定冷卻水供水溫度范圍為15℃-25℃，可維持電池的高效運行?？紤]到換熱溫差的設(shè)定，第三級熱循環(huán)回路的出口溫度的設(shè)定范圍為5℃-10℃。

[0086]

值得注意的是，本發(fā)明實施例1中，冷卻水供水溫度的設(shè)定范圍取值和第三級熱循環(huán)回路的出口溫度的設(shè)定范圍取值，都是一種非限制性的較優(yōu)選擇，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)工程實際情況，對設(shè)定范圍的具體取值進行調(diào)整。

[0087]

第二級熱循環(huán)回路還包括：穩(wěn)壓儲水罐7；

[0088]

穩(wěn)壓儲水罐7，用于對第二級熱循環(huán)回路中的系統(tǒng)壓力進行穩(wěn)壓，還通過自身水容量儲備以滿足第三級熱循環(huán)回路的運行儲水要求。

[0089]

第三級熱循環(huán)回路還包括：壓縮機9；壓縮機9與冷凝器11串聯(lián)在蒸發(fā)器制冷管路兩端；壓縮機9，用于以壓縮做功制冷的方式，將冷媒體的熱量由冷凝器11和冷凝風(fēng)機8帶出到環(huán)境中。

[0090]

控制裝置包括：第一可編程控制器，第二可編程控制器，第三可編程控制器；

[0091]

第一可編程控制器，用于根據(jù)冷卻水供水溫度控制電動三通閥2，實現(xiàn)對第一級熱循環(huán)回路中的冷卻水流量的調(diào)節(jié)；還用于根據(jù)溫濕度變送器14發(fā)送來的環(huán)境溫度電信號和環(huán)境濕度電信號，計算得到被冷卻器件所在環(huán)境的露點溫度；當冷卻水供水溫度小于被冷卻器件所在環(huán)境的露點溫度時，啟動電加熱器13對第一級熱循環(huán)回路中的冷卻水進行加

熱；

[0092]

第二可編程控制器，用于根據(jù)第一級熱循環(huán)回路中的冷卻水溫度和冷卻水流量等循環(huán)工況，控制主循環(huán)泵的啟停，以及一工一備的主循環(huán)泵之間的切換，即控制處于工作狀態(tài)的主循環(huán)泵停運，同時控制處于備用狀態(tài)的主循環(huán)泵啟動；本發(fā)明實施例1中，當一臺主循環(huán)泵運行時間超過1周后，即切換至另一臺主循環(huán)泵運行；或者，當一臺主循環(huán)泵出現(xiàn)故障，比如流量低、供水壓力低等異常時，切換至另一臺主循環(huán)泵運行；

[0093]

第三可編程控制器，用于根據(jù)冷卻水供水溫度及第三級熱循環(huán)回路的出口溫度，基于pid調(diào)節(jié)方式，控制壓縮機的出力頻率、冷凝風(fēng)機的轉(zhuǎn)速，用以穩(wěn)定調(diào)節(jié)水溫；還用于實時監(jiān)控第三級熱循環(huán)回路運行指標信號，運行指標信號包括但不限于：冷凝溫度、冷凝壓力、蒸發(fā)溫度、蒸發(fā)壓力等。

[0094]

一種應(yīng)用于儲能電站的多級冷卻系統(tǒng)的控制方法，如圖2，所述方法包括步驟1至3。

[0095]

步驟1，采集冷卻水供水溫度t

in

；當冷卻水供水溫度t

in

大于系統(tǒng)啟動溫度t

on

時，由控制裝置控制第一級熱循環(huán)回路啟動。

[0096]

具體地，步驟1中，第一級熱循環(huán)回路啟動包括：主循環(huán)泵通電啟動，電動三通閥處于全開狀態(tài)。

[0097]

具體地，步驟1中，第一級熱循環(huán)回路啟動后，控制裝置根據(jù)冷卻水供水溫度實時控制電動三通閥，包括：

[0098]

步驟1.1，當冷卻水供水溫度大于系統(tǒng)啟動溫度、且冷卻水供水溫度與系統(tǒng)啟動溫度的差值大于4℃時，開啟電動三通閥直到全開狀態(tài)；

[0099]

步驟1.2，當冷卻水供水溫度小于系統(tǒng)啟動溫度、且冷卻水供水溫度與系統(tǒng)啟動溫度的差值大于2℃時，關(guān)閉電動三通閥直到全關(guān)狀態(tài)。

[0100]

值得注意的是，本發(fā)明實施例1中，冷卻水供水溫度與系統(tǒng)啟動溫度的差值，都是一種非限制性的較優(yōu)選擇，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)工程實際情況，對具體取值進行調(diào)整。

[0101]

實施例1中，系統(tǒng)啟動溫度的優(yōu)選值為18℃。

[0102]

步驟2，采集被冷卻器件所在環(huán)境的露點溫度td；當t

in

≤td+1時，由控制裝置控制加熱器啟動，對第一級熱循環(huán)回路中的冷卻水進行加熱；

[0103]

具體地，步驟2中，控制裝置根據(jù)被冷卻器件所在環(huán)境的溫度和濕度，以如下關(guān)系式計算得到環(huán)境的露點溫度td；

[0104][0105]

式中，γ(t,rh)為溫濕度實測值，滿足如下關(guān)系式：

[0106][0107]

上述式中，

[0108]

t為所在環(huán)境的溫度，即實測干球溫度，

[0109]

rh為所在環(huán)境的濕度，即實測相對濕度，

[0110]

a為第一常量，實施例1中的優(yōu)選取值為17.27℃，

[0111]

b為第二常量，實施例1中的優(yōu)選取值為237.7℃。

[0112]

步驟3，當t

in

≥td+4時，由控制裝置控制加熱器關(guān)閉，停止對第一級熱循環(huán)回路中冷卻水的加熱；當td+1《t

in

《td+4時，控制裝置控制加熱器對第一級熱循環(huán)回路中的冷卻水進行加熱。

[0113]

實施例2。

[0114]

本發(fā)明實施例2中，以福建省gw級大規(guī)模儲能站為研究對象，該儲能電站項目選擇磷酸鐵鋰電池作為400mwh級新型鋰電池項目的儲能介質(zhì)。磷酸鐵鋰電化學(xué)儲能電站工作原理：在用電低谷期，把富裕的電能儲存起來；在用電高峰期間，再將儲存的電能輸送使用，可起到平穩(wěn)變電站負荷曲線等作用。

[0115]

儲能電站由磷酸鐵鋰儲能電池、儲能變流器、電池管理系統(tǒng)、匯流變壓器、升壓(主)變壓器、高壓配電裝置等設(shè)備組成。充電期間，系統(tǒng)將電能通過主變壓器、匯流變壓器和儲能變流器將交流電轉(zhuǎn)化為直流電，通過儲能電池的充電過程，將電能儲存在電解液內(nèi)。放電期間，通過儲能電池的放電過程，將直流電經(jīng)過儲能變流器轉(zhuǎn)化為交流電，再經(jīng)過匯流變壓器、主變壓器通過高壓配電裝置將電能輸送到電網(wǎng)。磷酸鐵鋰儲能電池的使用溫度一般處于60℃以下，當高于該溫度時，就會逐步引發(fā)熱失控。

[0116]

在該儲能電站中，使用本發(fā)明提出的多級冷卻系統(tǒng)，該系統(tǒng)控溫邏輯如圖3所示，包括：

[0117]

步驟s1，多級水冷系統(tǒng)通過溫度變送器實時監(jiān)測被冷卻器件的供水溫度tv；

[0118]

步驟s2，水冷系統(tǒng)通過溫濕度變送器實時監(jiān)測系統(tǒng)運行環(huán)境的干球溫度和相對濕度；

[0119]

步驟s3，plc后臺進行測算，輸出實時露點溫度td；

[0120]

步驟s4，將供水溫度tv與被冷卻器件預(yù)設(shè)溫度t3、t4以及露點溫度td進行對比；當供水溫度tv》t3，則執(zhí)行步驟s5；當供水溫度tv《t4或tv《td，則執(zhí)行步驟s9；

[0121]

步驟s5，電動執(zhí)行器啟動，增加三通閥開度；

[0122]

步驟s6，判斷供水溫度tv是否大于t3，且三通閥已處于全開狀態(tài)，如否，則結(jié)束控溫流程；如是，則執(zhí)行步驟s7；

[0123]

步驟s7，將制冷機組出水溫度設(shè)定值調(diào)低；設(shè)定制冷機組出水溫度tz＝c，其中c可在制冷機組操作面板設(shè)定，實施例2中優(yōu)選取值為5-15℃；

[0124]

步驟s8，判斷供水溫度tv是否大于t3，且制冷機組供水溫度設(shè)定值為最低，如否，則結(jié)束控溫流程；如是，則觸發(fā)水冷系供水溫度高報警；

[0125]

步驟s9，將制冷機組出水溫度設(shè)定值調(diào)高；設(shè)定制冷機組出水溫度tz＝c，其中c可在制冷機組操作面板設(shè)定，實施例2中優(yōu)選取值為5-15℃；

[0126]

步驟s10，判斷供水溫度是否小于t4，且制冷機組供水溫度設(shè)定值為最高；如否，則結(jié)束控溫流程；如是，則執(zhí)行步驟s11；

[0127]

步驟s11，電動執(zhí)行器啟動，減少三通閥開度；

[0128]

步驟s12，判斷供水溫度是否小于t4，且三通閥已處于全關(guān)狀態(tài)；如否，則結(jié)束控溫流程；如是，則觸發(fā)水冷系供水溫度低報警。

[0129]

在該儲能電站中，使用本發(fā)明提出的多級冷卻系統(tǒng)，該系統(tǒng)電加熱器控制方式如圖4所示，包括：

[0130]

步驟s201，水冷系統(tǒng)通過溫度變送器實時監(jiān)控被冷卻器件的供水溫度tv；

[0131]

步驟s202，水冷系統(tǒng)通過溫濕度變送器實時監(jiān)控系統(tǒng)運行環(huán)境的干球溫度和相對濕度；

[0132]

步驟s203，plc后臺進行測算，輸出實時露點溫度td；

[0133]

步驟s204，將供水溫度tv與加熱器啟動設(shè)定溫度以及露點溫度td進行對比；

[0134]

步驟s205，如供水溫度tv小于加熱器啟動設(shè)定溫度或tv小于露點溫度td，則執(zhí)行s206步驟；如否，則執(zhí)行步驟s209，加熱器關(guān)閉；

[0135]

步驟s206，加熱器啟動；

[0136]

步驟s207，將供水溫度tv與加熱器停止設(shè)定溫度以及露點溫度td進行對比；

[0137]

步驟s208，如供水溫度tv大于加熱器啟動設(shè)定溫度或tv大于露點溫度td，則執(zhí)行步驟s209，加熱器關(guān)閉；如否，則執(zhí)行s206，加熱器啟動加熱；

[0138]

步驟209，加熱器關(guān)閉。

[0139]

本發(fā)明申請人結(jié)合說明書附圖對本發(fā)明的實施示例做了詳細的說明與描述，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解，以上實施示例僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施方案，詳盡的說明只是為了幫助讀者更好地理解本發(fā)明精神，而并非對本發(fā)明保護范圍的限制，相反，任何基于本發(fā)明的發(fā)明精神所作的任何改進或修飾都應(yīng)當落在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。技術(shù)特征：

1.一種應(yīng)用于儲能電站的多級冷卻系統(tǒng)，使用冷卻水帶走被冷卻器件的熱量，多級冷卻系統(tǒng)與被冷卻器件液冷系統(tǒng)連接，多級冷卻系統(tǒng)包括控制裝置，其特征在于，所述系統(tǒng)包括：第一級熱循環(huán)回路，第二級熱循環(huán)回路，第三級熱循環(huán)回路；第一級熱循環(huán)回路包括：采用一工一備方式的兩臺主循環(huán)泵；第二級熱循環(huán)回路包括：二次循環(huán)水泵，板式換熱器；第三級熱循環(huán)回路包括：蒸發(fā)器，冷凝器，冷凝風(fēng)機；第一級熱循環(huán)回路與被冷卻器件液冷系統(tǒng)相連，通過處于工作狀態(tài)下的主循環(huán)泵將冷卻水供至被冷卻器件液冷系統(tǒng)中進行熱交換，被冷卻器件的熱量傳遞為冷卻水的熱量；冷卻水流經(jīng)第二級熱循環(huán)回路的板式換熱器處，與冷媒體進行熱交換，冷卻水的熱量傳遞為冷媒體的熱量；通過第二級換熱循環(huán)回路中的二次循環(huán)水泵將冷媒體供至第三級換熱循環(huán)回路中的蒸發(fā)器進行熱交換，冷媒體的熱量由冷凝器和冷凝風(fēng)機帶出到環(huán)境中；控制裝置控制第一級熱循環(huán)回路中的冷卻水供水溫度始終大于被冷卻器件所在環(huán)境的露點溫度；其中，冷卻水供水溫度為被冷卻器件液冷系統(tǒng)入口處的冷卻水溫度。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的應(yīng)用于儲能電站的多級冷卻系統(tǒng)，其特征在于，第一級熱循環(huán)回路還包括：溫濕度變送器；溫濕度變送器，安裝在被冷卻器件所在環(huán)境中，用于采集被冷卻器件所在環(huán)境的溫度和濕度，并將環(huán)境溫度和環(huán)境濕度均轉(zhuǎn)換為電信號發(fā)送給控制裝置。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的應(yīng)用于儲能電站的多級冷卻系統(tǒng)，其特征在于，第一級熱循環(huán)回路還包括：電動三通閥，溫度變送器，電加熱器；電動三通閥，由控制裝置控制，用于對第一級熱循環(huán)回路中的冷卻水流量進行調(diào)節(jié)；電動三通閥處于全開狀態(tài)時，冷卻水全部流經(jīng)第二級熱循環(huán)回路的板式換熱器處與冷媒體進行熱交換，冷卻水的熱量傳遞為冷媒體的熱量；電動三通閥處于全關(guān)狀態(tài)時，冷卻水全部在第一級熱循環(huán)回路中循環(huán)；溫度變送器，用于采集第一級熱循環(huán)回路中的冷卻水供水溫度，并將冷卻水供水溫度轉(zhuǎn)換為電信號發(fā)送給控制裝置；電加熱器，由控制裝置控制，用于當冷卻水供水溫度小于被冷卻器件所在環(huán)境的露點溫度時，對第一級熱循環(huán)回路中的冷卻水進行加熱。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的應(yīng)用于儲能電站的多級冷卻系統(tǒng)，其特征在于，第二級熱循環(huán)回路中，板式換熱器的入口溫度為冷卻水供水溫度，板式換熱器出口溫度為第三級熱循環(huán)回路的出口溫度；其中，按照儲能電站中電池電芯的工作溫度，確定冷卻水供水溫度的設(shè)定范圍為15℃-25℃，第三級熱循環(huán)回路的出口溫度的設(shè)定范圍為5℃-10℃。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的應(yīng)用于儲能電站的多級冷卻系統(tǒng)，其特征在于，第二級熱循環(huán)回路還包括：穩(wěn)壓儲水罐；穩(wěn)壓儲水罐，用于對第二級熱循環(huán)回路中的系統(tǒng)壓力進行穩(wěn)壓，還通過自身水容量儲備以滿足第三級熱循環(huán)回路的運行儲水要求。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的應(yīng)用于儲能電站的多級冷卻系統(tǒng)，其特征在于，第三級熱循環(huán)回路還包括：壓縮機；壓縮機與冷凝器串聯(lián)在蒸發(fā)器制冷管路兩端；壓縮機，用于以壓縮做功制冷的方式，將冷媒體的熱量由冷凝器和冷凝風(fēng)機帶出到環(huán)境中。

7.根據(jù)權(quán)利要求1至6任一項所述的應(yīng)用于儲能電站的多級冷卻系統(tǒng)，其特征在于，控制裝置包括：第一可編程控制器，第二可編程控制器，第三可編程控制器；第一可編程控制器，用于根據(jù)冷卻水供水溫度控制電動三通閥，實現(xiàn)對第一級熱循環(huán)回路中的冷卻水流量的調(diào)節(jié)；還用于根據(jù)溫濕度變送器發(fā)送來的環(huán)境溫度電信號和環(huán)境濕度電信號，計算得到被冷卻器件所在環(huán)境的露點溫度；當冷卻水供水溫度小于被冷卻器件所在環(huán)境的露點溫度時，啟動電加熱器對第一級熱循環(huán)回路中的冷卻水進行加熱；第二可編程控制器，用于根據(jù)第一級熱循環(huán)回路中的冷卻水溫度和冷卻水流量，控制主循環(huán)泵的啟停，以及一工一備的主循環(huán)泵之間的切換，即控制處于工作狀態(tài)的主循環(huán)泵停運，同時控制處于備用狀態(tài)的主循環(huán)泵啟動；第三可編程控制器，用于根據(jù)冷卻水供水溫度及第三級熱循環(huán)回路的出口溫度，基于pid調(diào)節(jié)方式，控制壓縮機的出力頻率、冷凝風(fēng)機的轉(zhuǎn)速；還用于實時監(jiān)控第三級熱循環(huán)回路運行指標信號。8.適用于權(quán)利要求1至7任一項所述的應(yīng)用于儲能電站的多級冷卻系統(tǒng)的一種應(yīng)用于儲能電站的多級冷卻系統(tǒng)的控制方法，其特征在于，所述方法包括：步驟1，采集冷卻水供水溫度t

in

；當冷卻水供水溫度t

in

大于系統(tǒng)啟動溫度t

on

時，由控制裝置控制第一級熱循環(huán)回路啟動；步驟2，采集被冷卻器件所在環(huán)境的露點溫度t

d

；當t

in

≤t

d

+1時，由控制裝置控制加熱器啟動，對第一級熱循環(huán)回路中的冷卻水進行加熱；步驟3，當t

in

≥t

d

+4時，由控制裝置控制加熱器關(guān)閉，停止對第一級熱循環(huán)回路中冷卻水的加熱；當t

d

+1<t

in

<t

d

+4時，控制裝置控制加熱器對第一級熱循環(huán)回路中的冷卻水進行加熱。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的應(yīng)用于儲能電站的多級冷卻系統(tǒng)的控制方法，其特征在于，步驟1中，第一級熱循環(huán)回路啟動包括：主循環(huán)泵通電啟動，電動三通閥處于全開狀態(tài)。10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的應(yīng)用于儲能電站的多級冷卻系統(tǒng)的控制方法，其特征在于，步驟1中，第一級熱循環(huán)回路啟動后，控制裝置根據(jù)冷卻水供水溫度實時控制電動三通閥，包括：步驟1.1，當冷卻水供水溫度大于系統(tǒng)啟動溫度、且冷卻水供水溫度與系統(tǒng)啟動溫度的差值大于4℃時，開啟電動三通閥直到全開狀態(tài)；步驟1.2，當冷卻水供水溫度小于系統(tǒng)啟動溫度、且冷卻水供水溫度與系統(tǒng)啟動溫度的差值大于2℃時，關(guān)閉電動三通閥直到全關(guān)狀態(tài)。11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的應(yīng)用于儲能電站的多級冷卻系統(tǒng)的控制方法，其特征在于，步驟1中，系統(tǒng)啟動溫度為18℃。12.根據(jù)權(quán)利要求8所述的應(yīng)用于儲能電站的多級冷卻系統(tǒng)的控制方法，其特征在于，步驟2中，控制裝置根據(jù)被冷卻器件所在環(huán)境的溫度和濕度，以如下關(guān)系式計算得到環(huán)境的露點溫度t

d

；式中，γ(t,rh)為溫濕度實測值，滿足如下關(guān)系式：

上述式中，t為所在環(huán)境的溫度，即實測干球溫度，rh為所在環(huán)境的濕度，即實測相對濕度，a為第一常量，取值為17.27℃，b為第二常量，取值為237.7℃。

技術(shù)總結(jié)

一種應(yīng)用于儲能電站的多級冷卻系統(tǒng)及控制方法，系統(tǒng)包括三級熱循環(huán)回路，第一級熱循環(huán)回路中通過主循環(huán)泵將冷卻水供至被冷卻器件液冷系統(tǒng)中進行熱交換，被冷卻器件的熱量傳遞為冷卻水的熱量；冷卻水流經(jīng)第二級熱循環(huán)回路的板式換熱器處，與冷媒體進行熱交換，冷卻水的熱量傳遞為冷媒體的熱量；第二級換熱循環(huán)回路中冷媒體供至第三級換熱循環(huán)回路中的蒸發(fā)器進行熱交換，冷媒體的熱量由冷凝器和冷凝風(fēng)機帶出到環(huán)境中；第一級熱循環(huán)回路中的冷卻水供水溫度始終大于被冷卻器件所在環(huán)境的露點溫度；本發(fā)明采用液冷系統(tǒng)對儲能電站集中供冷，同時穩(wěn)定的控制制冷機組出水溫度和被冷卻器件供水溫度，避免凝露現(xiàn)象發(fā)生，特別適用于電力電子裝置的冷卻。電力電子裝置的冷卻。電力電子裝置的冷卻。

技術(shù)研發(fā)人員：崔鵬飛 關(guān)勝利 呂豐碩 劉佳威 耿曼

受保護的技術(shù)使用者：廣州高瀾節(jié)能技術(shù)股份有限公司

技術(shù)研發(fā)日：2021.12.24

技術(shù)公布日：2022/5/17