[发明专利]基于流量-功率曲线的最小功率算法的风机水泵节能系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于流量-功率曲线的最小功率算法的风机水泵节能系统，尤其在大功率场合，节能效果非常显著。

背景技术

长期以来，风机、泵类运行控制设计比较简单，节能问题未被充分重视。除了个别设备随主机配套的控制装置有可能具有节能运行方式外,一般情况下，风机流量的设计均按最大风量需求来设计。其调整方式通常采用挡板、风门、回流、起停电机等方式控制,无法形成闭环控制,也很少考虑省电。水泵流量设计同样也是按最大流量来设计,压力的调控方式只能通过控制阀门的大小、电机的启停等方法。

有时,为了保证生产的可靠性，风机、水泵等各种生产机械在设计配用动力驱动时,都留有一定的裕量,如轴流风机、引风机、排风机、鼓风机、排水泵、离心泵等。其电机虽然大部分是在额定功率下运行,却不能在任何工况下、任何时间内都是在满负荷下运行。这样,电机除达到动力驱动要求外,多余的力矩就成为有功功率的消耗,造成电能的浪费。同时,在因为工艺需要，运行中变更风量和流量，实际上是通过人为增加阻力的办法达到调节的目的，这种调节方法也浪费了大量的电能。

在电气控制上，传统上习惯采用直接启动或Y-Δ启动。但设置启动装置的主要目的,也是为了减少对电网的冲击，它不能平滑调节风机、泵类的转速，起不到节能作用，而且机械冲击大，传动系统寿命短，功率因数也较低。

当前节能、减排是确保国家经济可持续发展的一项重要政策，供热空调系统电耗的60%～70%是以水泵与风机为主的能量输配系统产生的，其中水泵的节能潜力尤为可观。为适应供热空调系统用户的个性化调节而导致的系统流量变化范围较宽的特性，常需要多台水泵同时并联变频运行，其中水泵的优化控制研究值得关注。

目前，在实际的风机水泵负载系统中，很多场合都需要采用几台泵并联运行来满足用户流量要求，并且为达到节能效果，对水泵进行了变频调速控制。但目前的主要模式是运行在工频的风机水泵台数调节和单台变频调节结合在一起满足所需流量，对供水系统节能效益有很大影响，所以风机水泵变频系统的节能效果仍有较大潜力可挖。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种基于流量-功率曲线的最小功率算法的风机水泵节能系统，以解决已有技术的问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

本发明提供的基于流量-功率曲线的最小功率算法的风机水泵节能系统，其采用的基于流量-功率曲线的最小功率算法为：

在等式约束条件下，满足i=1，2，…，n，从而得到各台风机或水泵应该工作的频率，式中：Q_Gi为第i台泵机工作时输出的流量，Q_S为设定的流量，F_i为第i台泵机的功率-流量曲线函数，表示这n台泵机的功率对应流量的导数相等。

本风机水泵节能系统在Q_Gimin≤Q_Gi≤Q_Gimax条件下，可以保证各台风机或水泵工作在高效节能区域。所述高效节能区域为：通过工频高效区左右两端端点的两条相似工况抛物线OA和OC的中间区域OAC（图2）。

本发明提供的基于流量-功率曲线的最小功率算法的风机水泵节能系统，其在用于风机、水泵类节能运行的控制过程中，具体是采用包括以下步骤的方法：

步骤1：实验测出各个流量段耗能最小时需要运行的泵机台数，得出最优的“流量-泵机起动的台数表”存入控制器；

步骤2：将实验测出的各台泵机的流量-功率曲线存入控制器；

步骤3：当用户设定流量值Q_S后，系统根据“流量-泵机起动的台数表”确定将起动的泵机台数，当改变流量时，由“流量-泵机起动的台数表”判断是否需要改变泵机台数；

步骤4：系统由拉格朗日乘数法思想——基于流量-功率特性曲线的最小功率算法，即在等式约束条件下，满足i=1，2，…，n，从而得到各泵机应工作的频率；

步骤5：验证当各泵机工作于步骤4中算出的频率时，泵机是否运行于高效节能区，即满足Q_Gimin≤Q_Gi≤Q_Gimax；