[发明专利]变频水泵全工况运行状态获取方法

摘要

本发明公开了一种变频水泵全工况运行状态获取方法，根据管网阻抗，确定构成水系统的管网特性曲线；确定水泵额定频率工况下的H-Q和η-Q曲线，将额定频率下扬程和效率随流量的变化参数利用最小二乘法进行多项式拟合，得到扬程和水杯运行效率；结合闭式循环泵变频工况下的H-Q曲线，得到额定频率下的水泵流量和水泵运行频率；结合开式水泵变频工况下的H-Q曲线，得到B点所对应流量、水泵变频后的管网等效曲线所对应的等效阻抗、A点对应的流量及效率；本发明能够根据水泵变频工况下的状态参数，通过分析整个系统变水流量下的运行能耗和运行费用等指标，获得所对应的水泵最佳运行工况，从而为优化变频水泵系统运行控制策略的制定起到重要作用。

主权项

一种变频水泵全工况运行状态获取方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤一、根据管网阻抗，确定闭式水系统管网和开式水系统管网的压降：H闭式=S1G2H开式=H0+S2G2式中，H闭式、H开式分别是闭式水系统管网、开式水系统管网的压降；S1、S2分别为闭式水系统、开式水系统的管网阻抗；G为水流量；H0为水泵吸上高度;步骤二、确定水泵额定频率工况下的H‑Q和η‑Q曲线，将额定频率下扬程和效率随流量的变化参数利用最小二乘法进行多项式拟合，得到：H=a0+a1G+a2G2ηp=b0+b1G+b2G2式中，H为水泵额定工况下的扬程；a0、a1、a2、b0、b1、b2为拟合公式中对应项的系数；ηp为水泵的效率。基于水泵相似定律，变频工况下水泵扬程随流量的变化曲线入下：H变频=a0k2+a1kG+a2G2 k = n c n r 式中，H变频为水泵变频工况下的扬程；k为水泵转速比；nc、nr为变频工况和额定工况下水泵运行频率；步骤三、结合闭式循环泵变频工况下的H‑Q曲线，变频工况下水泵工作状态点A、额定工况下水泵工作状态点B为相似工况点，B点对应的水泵效率即为A点的水泵效率。额定工况下的水泵流量和水泵运行效率的数学表达式如下： G B = - a 1 ± a 1 2 - 4 a 0 ( a 2 - S 1 ) 2 ( a 2 - S 1 ) η p , B = b 0 + b 1 G B + b 2 G B 2 式中，GB—水泵工频工况点A对应的流量；ηp，B—工频工况下的水泵效率；变频工况的下水泵流量、扬程和功率数学表达式如下： G A = - a 1 k ± a 1 2 k 2 - 4 a 0 k 2 ( a 2 - S 1 ) 2 ( a 2 - S 1 ) H A = S 1 G A 2 E p , c = HG A 367 η p , A η m η v 式中，GA—水泵变频工况B点对应的流量；ηm、ηv—分别为电机效率和变频器效率；不同转速比下，电机效率和变频器效率的数学表达式可以表述如下：ηm=0.94187(1‑e‑9.04k)ηv=0.5087+1.283k‑1.42k2+0.5834k3步骤四、结合开式水泵变频工况下的H‑Q曲线（图2），额定工况下水泵的工况点A是变频后水泵的工况点B的相似工况点，A点对应的水泵效率即为点B实际运行效率。分别得到B点所对应流量、水泵变频后的管网等效曲线所对应的等效阻抗、A点对应的流量及效率： G B = - a 1 k ± a 1 2 k 2 - 4 ( a 2 - S 2 ) ( a 0 k 2 - H 0 ) 2 ( a 2 - S 2 ) S e = a 0 k 2 + a 1 k G B + a 2 G B 2 G B 2 G A = - a 1 ± a 1 2 - 4 ( a 2 - S e ) a 0 2 ( a 2 - S e ) η p , A = η p , B = b 0 + b 1 G A + b 2 G A 2 式中，Se—开式管网系统变频工况对应的等效特性曲线的管网阻抗；基于B点所对应的流量、效率即可获取水泵变频工况下的瞬时输入功率： E B , p , o = G B ( H 0 + S e G B 2 ) 367 η p , A η m η v .