[发明专利]一种变频变压供水的实现方法及其实现装置

说明书

技术领域

本发明是一种变频变压供水的实现方法，属于给排水系统供水控制策略领域。

背景技术

变频恒压供水系统具有自动化程度高，投资设备少，系统运行稳定可靠，节电节水，操作控制方便等特点，目前呗国内供水行业普遍采用，实施方法是在泵系统的出水管线上安装压力变送器监测供水压力，供水压力信号传送至智能调节控制系统与设定的压力值进行PID分析，输出控制信号到变频器，通过变频器来控制水泵电机的转速来来改变水泵的供水压力，这样形成一个闭环控制回路，使水泵出口的压力为用水高峰时段的供水压力并保持恒定，此种方式相对与节流调节能节电达20％-50％。

变频恒压技术虽然能节约一部分能源，但在用水低峰时就会出现供给压力远高于需求压力的情况，造成了能源浪费。基于恒压供水不能最大限度节能，研究人员提出了变压供水方式[11～14]。变压供水的一种方式是通过将压力控制点放在用户端，由用户端的压力直接反馈与设定值压力比较进行控制，从而达到水泵出口变压的目的。另一种控制方式是将压力控制点放在水泵出口，给定压力按装置需求曲线随流量变化而变化，从而达到水泵出口变压的目的。

由于最不利点的信息不能够直接反馈到水泵控制中心，因此将实际的控压点放置到了水泵出口，通过该点的信息预测不利点的信息，但若想准确地预测不利点的信息，就需要确定动态的水力损失关系，但这个关系是较难精确的确定，并且管路会由于泄漏、腐蚀等原因，其水力损失与流量之间的关系也会发生变化。因此可行性不强，于是在专利号：200810141585.3提出了一种分时段恒压供水技术及其装置，该技术与恒压供水相似，其压力设定值根据时段进行改变，是水泵恒压控制的特殊形式，其节能的程度取决于对水泵出口所需压力计算的精确程度。西安交通大学曹琦在《一种节能的变压变频供水系统》一文提出来一种最不利点恒压供水的方法，即把压力变送器安装在供水管线上的最不利点的用水点，用无线网络的方式将压力信号传送至控制器中，通过变频器控制水泵的电机转速，是最不利用水点的供水压力保持恒压，来实现供水系统节能运行的变频变压供水，该技术虽然不难实现，但无线网络的方式结构复杂，不但增加了系统的造价成本和维护费用，器可靠性低于变频恒压供水系统。

因此本专利从水泵运行原理出发，建立出一种实施简单，可靠性高并且在节能效果上明显好于恒压供水的新型变频变压节能运行方式，及其实现方法。

发明内容

由于最不利点的信息不能够直接反馈到水泵控制中心，因此将实际的控压点放置到了水泵出口，通过该点的信息预测不利点的信息，但若想准确地预测不利点的信息，就需要确定动态的水力损失关系，但这个关系是较难精确的确定，并且管路会由于泄漏、腐蚀等原因，其水力损失与流量之间的关系也会发生变化。其可行性不强，因此需要从水泵运行原理出发，建立出一种实施简单，可靠性高并且在节能效果上明显好于恒压供水的新型变频变压节能运行方式。

考虑到在进行控制设定时有两个因素必须要满足：

(1)运行控制轨迹必须要在阀门全开时的整个泵系统的特性曲线的上方，这样泵提供的能量才能满足系统需求，符合工程安全的需要。

(2)不利点的压力应该根据实际流量值来进行相应的调整，即以流量为指标，当流量增大时，设定值按某算法增大；流量减小时，设定值减小。这样就会在大流量下，提供更大的压力以满足需求，在小流量下，压力减小，节约能量。

对只需要完成输送的泵系统，无特别需要保压点的系统，在考虑以上因素的基础上，可将控制率设定为一条直线，终点为最大需求流量下泵的工况点，起点为这个整个泵系统的静态水头。由于泵系统特性曲线的二阶导数是正值，因此该曲线是凸弧，所以该直线始终在其左上方，即若按照该过程线运行，水泵提供的能量是可以满足需求的，并且当部分系统特性的系统特性静扬程较大时，在调节阀门上消耗掉的能量是小于传统的最不利恒压供水，

对“保压”系统需要，此时，控制率也可设置为直线控制率，只是将直线的起点设定为需保压点的高差加上所需维持的压力水头，终点的设置却由于系统需要的压力与满足不利点供水时所需要的压力。

该控制方法在实现上，依据当前的流量，根据当前线性控制率，计算当前压力控制目标，通过与实际测量的出口压力的差值，通过PID生成变频器的控制信号，通过变频器调整水泵转速，使得达到当前控制目标。

附图说明

图1为一般供水模型示意图。

图2为变压供水的实现原理

图3为“无保压”系统的线性控制率

图4为“保压”系统的线性控制率

图5为无流量传感器系统的变压供水实现方法