变水位取水泵站中水泵同步变速调节的节能控制方法

专利名称：变水位取水泵站中水泵同步变速调节的节能控制方法技术领域：本发明涉及一种变水位取水泵站中水泵调节的节能控制方法，涉及变水位取水节能控制领域。背景技术：工程实际中，冬季与夏季的城市供水量基本变化不大。但由于不同季节水位的变化，导致水泵的静扬程变化较大。目前泵站设计中以最高日用水量作为取水泵站的设计流量，以入口水面高度与泵站的最低水位高度之间高差作为静扬程。这样极端的不利工况出现的时间很短，导致以全年有较大水位波动的江河湖及地下水为水源的取水泵站在设计之初就功耗过大、浪费能源。现有设计方法会造成丰水期的泵站输出功率过高，不仅浪费电能，而且缩短机组寿命。采用水泵变频调速技术使水泵扬程减小以适应水位的变化，该方法也不合理。因为水泵的能耗不仅与水泵的扬程有关，还与水泵的电动机和变频器等设备的效率有关。对于水位变化较小的取水系统，如果使用变频调速技术，节能率很小，有时不但不节能，反而会导致能耗增加。当水位变化较大时，随着水泵转速的降低，电动机和变频器的效率都迅速降低，系统应用变频调速技术也未必节能。因此，需要综合考虑使用水泵变频调速技术后的节能率。发明内容本发明针对变水位取水泵站系统中，水泵采用变转速以适应水位变化的运行方法中所存在的能耗高、调节不合理和不便应用的缺点，而提出了一种变水位取水泵站中水泵同步变速调节的节能控制方法。如图1所示的变水位取水泵站系统中，管网水泵为并联运行的同型号变频泵，设有m台。通过研究发现，采用多台水泵并联同步变频调速的调节方式既能满足管网流量要求又能实现节能运行并且便于调节，本发明就是针对上述水泵运行方式的一种节能控制方法。本发明所述变水位取水泵站中水泵同步变速调节的节能控制方法的步骤如下:步骤一:对控制器进行初始化；将所选型号水泵样本中提供的单台水泵在额定转速no下运行工况点的流量、扬程、功率和效率值输入到控制器中，控制器通过数学方法拟合得到单台水泵的特性曲线；控制器再分别得到m台水泵并联同步变频调速时的特性曲线；然后将管网的设定流量和设定流量下的管网阻力输入到控制器中，控制器计算得到管网的阻力特性曲线；最后将水泵电机和水泵变频器的效率输入到控制器中，完成控制器的初始化，其中m为管网中水泵的总台数；步骤二:计算变频控制点参数；将步骤一中得到的m台水泵并联同步变频调速时的特性曲线和水位变化后的管网的阻力特性曲线、以及水泵高效运行的约束条件、水泵电机和变频器的效率曲线、水泵节能率计算曲线联立求解获得水位变化后的水泵变频控制点的参数调速比、转速、扬程等；步骤三:进行运行水泵调速运行；在运行过程中，控制器通过流量传感器和水位传感器实时采集管网的流量值和静水位值，并从水泵变频调速器中采集并记录水泵的流量、扬程、转速、电流、电压值；随着管网水位的变化，可计算出对应的调速比。若此时水泵在高效区运行，而且节能率大于0，则控制器向水泵变频调速器发出指令，进行水泵调速运行，否则就继续按照多台泵并联额定转速运行；步骤四:水泵运行参数的实时监测和水泵、管网特性曲线的在线修改；在运行过程中控制器采集并记录水泵的运行参数，包括流量、扬程、转速、电流和电压的值。根据这些实际运行的数值就可以对拟合得到的水泵和管路的特性曲线进行在线修改，用实际运行值对理论计算值进行修正能更好地指导水泵运行。本发明具有以下有益效果:本发明的运行控制方式是以水泵的总体节能率作为目标函数的，所以按照该方式进行运行可使能耗达到最小，并且实现方法简便易行。本发明方法通过对水泵、电机、变频器、管网系统的已知参数的处理，得到各水位下水泵的最佳运行状态，指导水泵的运行，使管网水泵的能耗达到最低。本发明适用于采用多台水泵并联运行的变水位取水泵站系统。具体优点如下:1.该方式是以水泵的总体节能率作为目标函数的，保证了水泵始终在高效区运行。2.在运行过程中进行了运行参数的实时检测和记录，并实现了水泵、管路特性曲线理论拟合结果的在线修正。3.提出了水位变化时综合考虑水泵效率、电机效率、变频器效率的水泵并联同步调速控制点的计算方法，方法简单便于实现。4.与传统的调节方式相比较，节能达到10% -15%。图1为水泵同步变速调节变水位取水泵站系统(变水位取水泵站)的结构示意图；图2为水泵并联同步调速运行以适应水位变化示意图。具体实施例方式具体实施方式一:结合图1说明本实施方式，本实施方式的步骤如下:步骤一:对控制器5进行初始化；将所选型号水泵I样本中提供的单台水泵I在额定转速Iitl下运行工况点的流量、扬程、功率和效率值输入到控制器5中，控制器5通过数学方法拟合得到单台水泵I的特性曲线；控制器5再分别得到m台水泵I并联同步变频调速时的特性曲线；然后将管网的设定流量和设定流量下的管网阻力输入到控制器5中，控制器5计算得到管网的阻力特性曲线；最后将水泵电机和水泵变频器的效率输入到控制器5中，完成控制器5的初始化，其中m为管网中水泵I的总台数；步骤二:计算变频控制点参数；将步骤一中得到的m台水泵I并联同步变频调速时的特性曲线和水位变化后的管网的阻力特性曲线、以及水泵I高效运行的约束条件、水泵电机和变频器的效率曲线、水泵节能率计算曲线联立求解获得水位变化后的水泵变频控制点的参数调速比、转速、扬程等；步骤三:进行运行水泵I调速运行；在运行过程中，控制器5通过流量传感器3和水位传感器4实时采集管网的流量值和静水位值，并从水泵变频调速器2中采集并记录水泵I的流量、扬程、转速、电流、电压值；随着管网水位的变化，可计算出对应的调速比。若此时水泵在高效区运行，而且节能率大于0，则控制器5向水泵变频调速器2发出指令，进行水泵调速运行，否则就继续按照多台泵并联额定转速运行；步骤四:水泵I运行参数的实时监测和水泵1、管网特性曲线的在线修改；在运行过程中控制器5采集并记录水泵I的运行参数，包括流量、扬程、转速、电流和电压的值。根据这些实际运行的数值就可以对拟合得到的水泵和管路的特性曲线进行在线修改，用实际运行值对理论计算值进行修正能更好地指导水泵运行。具体实施方式二:本实施方式是对于具体实施方式一中的步骤一的进一步说明，步骤一是将所选型号水泵I样本中提供的单台水泵I在额定转速Iitl下运行工况点的流量、扬程、功率和效率值输入到控制器5中；控制器5用最小二乘法对输入的数据进行多项式拟合，多项式的形式如公式1:权利要求1.一种变水位取水泵站中水泵同步变速调节的节能控制方法，其特征在于:所述方法的具体实现过程为: 步骤一:对取水泵站的控制器(5)进行初始化:将所选型号水泵(1)样本中提供的单台水泵(1)在额定转速Iitl下运行工况点的流量、扬程、功率和效率值输入到控制器(5)中，控制器(5)通过数学方法拟合得到单台水泵(1)的特性曲线；控制器(5)再分别得到m台水泵(1)并联同步变频调速时的特性曲线；然后将取水泵站管网的设定流量和设定流量下的管网阻力输入到控制器(5)中，控制器(5)计算得到管网的阻力特性曲线；最后将水泵电机和水泵变频器的效率输入到控制器(5)中，完成控制器(5)的初始化，其中m为取水泵站管网中水泵(1)的总台数； 步骤二:计算变频控制点参数:将步骤一中得到的m台水泵(I)并联同步变频调速时的特性曲线和水位变化后的管网的阻力特性曲线、以及水泵(I)高效运行的约束条件、水泵电机和变频器的效率曲线、水泵节能率计算曲线联立求解获得水位变化后的水泵变频控制点的参数调速比、转速、扬程； 步骤三:进行运行水泵(1)调速运行:在运行过程中，控制器(5)通过流量传感器(3)和水位传感器(4)实时采集管网的流量值和静水位值，并从水泵变频调速器(2)中采集并记录水泵(1)的流量、扬程、转速、电流、电压值；随着管网水位的变化，可计算出对应的调速比。若此时水泵在高效区运行，而且节能率大于O，则控制器5向水泵变频调速器(2)发出指令，进行水泵调速运行，否则就继续按照多台泵并联额定转速运行； 步骤四:水泵(1)运行参数的实时监测和水泵(1)、管网特性曲线的在线修改:在运行过程中控制器(5)采集并记录水泵(1)的运行参数，包括流量、扬程、转速、电流和电压的值；根据这些实际运行的数值就可对拟合得到的水泵和管路的特性曲线进行在线修改，用实际运行值对理论计算值进行修正指导水泵运行。2.根据权利要求1所述的一种变水位取水泵站中水泵同步变速调节的节能控制方法，其特征在于:在步骤一中，将所选型号水泵(1)样本中提供的单台水泵(1)在额定转速％下运行工况点的流量、扬程、功率和效率值输入到控制器(5)中；控制器(5)用最小二乘法对输入的数据进行多项式拟合，多项式的形式如公式1:3.根据权利要求1所述的一种变水位取水泵站中水泵同步变速调节的节能控制方法，其特征在于:在步骤二中，将管网的设计工况点参数输入到控制器(5);根据公式4得到管网的阻力特性曲线公式中的管网的阻力特性系数S，再将公式5得到的水泵电机的效率和公式6得到的水泵变频器的效率输入到水泵变频调速器(2)中；水泵(I)进行变频控制时应满足水泵(I)始终运行在高效区的条件:4.根据权利要求1所述的一种变水位取水泵站中水泵同步变速调节的节能控制方法，其特征在于:在步骤三中，水泵(I)设定控制点前后5%的范围为非动作区，并且设定两次变速调节之间的最小时间差为30分钟，即只有当管网扬程比计算得到的控制点扬程大或小0.05倍，且距上次变速调节时间大于30分钟时才进行水泵(I)调速运行。5.根据权利要求1、2、3或4所述的一种变水位取水泵站中水泵同步变速调节的节能控制方法，其特征在于:在步骤四中，对水泵(I)运行参数进行实时监测和水泵(I)、管网特性曲线的在线修改；在运行过程中控制器(5)采集并记录水泵(I)的运行参数，包括流量、扬程、转速、电流和电压的值；根据水泵(I)的运行参数拟合得到的水泵(I)和管网的特性曲线进行在线修改，通过修改后的特性曲线计算水泵变速调节控制点参数如调速比、转速、扬程等，返回步骤三进行水泵变速调节；在运行过程中进行了运行参数的实时检测和记录，用实际运行值对理论计算值进行修正能更好的指导水泵(I)运行，确保得到正确的水泵变速调节控制点参数，保证并联水泵(I)在总体运行能耗最低的状态下运行。全文摘要变水位取水泵站中水泵同步变速调节的节能控制方法，涉及变水位取水节能控制领域。本发明针对变水位取水泵站系统中，水泵采用变转速以适应水位变化的运行方法中所存在的能耗高、调节不合理和不便应用的缺点而提出的。主要步骤对控制器进行初始化；计算变频控制点参数；进行运行水泵调速运行；水泵运行参数的实时监测和水泵、管网特性曲线的在线修改；在运行过程中控制器采集并记录水泵的运行参数，包括流量、扬程、转速、电流和电压的值。根据这些实际运行的数值就可以对拟合得到的水泵和管路的特性曲线进行在线修改，用实际运行值对理论计算值进行修正能更好地指导水泵运行。本发明适用于采用多台水泵并联运行的变水位取水泵站系统。文档编号F04B49/06GK103195698SQ20131013828公开日2013年7月10日 申请日期2013年4月19日 优先权日2013年4月19日发明者王昭俊, 杨威 申请人:哈尔滨工业大学