并联泵组变频恒压供水系统能效控制策略研究与实现

发布时间：2020-09-18 18:16

　　在人类社会的发展历程中,供水需求一直是生产生活的核心需求。以变频调速为基础的多泵并联供水系统由于供水方式灵活,被广泛应用于供水领域。但目前许多供水系统在运行时对水泵台数与转速控制的选择不当,导致系统运行效率低,能源浪费严重。因此,多泵供水系统在控制策略方面还存在着很大的优化空间。本文从节能优化的角度出发,对并联泵组的能效最优控制策略进行了深入的研究分析。考虑到实际供水系统中的不同水泵组合,本文首先针对同型号水泵并联运行的供水系统,建立了水泵机组的效率模型,以运行过程中泵组效率最大化为目标,通过数学分析法得出在满足不同水力需求时效率最优的泵组控制策略;然后,针对组成更为复杂的不同型号水泵并联运行的供水系统,建立了精确的能耗模型,以系统消耗的总功率最低为目标,采用改进后的差分进化算法寻优,提出了在满足系统不同水力需求的前提下,使系统能耗最低的泵组控制策略。最后,基于提出的最优控制策略设计了多泵并联变频恒压供水系统,并详细阐述了其软硬件实现。为了验证所提出的最优控制策略,本文设计了相关实验与仿真。针对不同型号水泵并联机组,本文基于MATLAB平台,对实际供水系统常见的水力工况下的能耗最低控制策略的寻优进行了仿真。针对同型号水泵并联机组,以所设计的系统为实验平台,进行了多组不同水力需求下的实验。实验与仿真结果验证了本文设计的变频恒压供水系统的稳定可靠性,同时验证了所提出的能效最优控制策略的可行性与稳定性,以及在实际供水系统的节能运行中具有较高的应用价值。
【学位单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TU991.3
【部分图文】：

实物,变频器,传感器

实验平台介绍次实验的平台即为设计的变频恒压供水系统，系统由水箱、控制模块、变频泵机组（两台同型号水泵）、人机界面以及相关测试仪表组成。实验装置介4-1 所示。表 4-1 实验仪器与设备设备名称型号厂家数量变频器 ACQ580 ABB 2水泵 LDQL8-10 莲盛泵业 2压力传感器耐震压力表 YN-100 上海仪川仪表厂 2流量计超声波流量计 BR158 博锐仪表 1液位计压力液位计 JYB 北京昆仑海岸传感器 1频器与传感器的实物如图 4-14 所示。

水泵系统,控制板,实物,水泵机组

（a）运行控制板（b）数据采集控制板图 4-15 水泵系统控制板实物图供水系统的实物图，包括控制柜、水泵机组以及水箱如图 4-16 所示。图 4-16 供水控制系统实际图4.5.2 实验方案

水力,变频器,输出频率,读前

61图 4-16 供水控制系统实际图.5.2 实验方案本次实验需要验证在满足某一水力需求的前提下，对并联运行的水泵进行速控制，水泵机组效率最高这一结论是否成立。假设水泵的额定流量为 Qnom保证系统处于两台水泵并联运行的工况，总流量的取值范围为。实验过程中total∈(Qnom, 2Qnom)。实验过程中，在满足水力需求的前提下，通过调节两台变频出频率基本一致，而后以一定步长降低某台变频器输出频率，同时调节另外一频器输出，保证每一次调节后的转速配置都满足水力需求。运行过程中，读前变频器输出频率与输出功率，记录两台变频器在不同的频率输出下对应的功率值。调节过程保持水泵的调速率 k∈(0.5,1)，以保证水泵处于高效低耗

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