[发明专利]一种基于反求法的高效变频恒压供水系统控制方法

摘要

本发明提供了一种基于反求法的高效变频恒压供水系统的控制方法，包括：建立输出功率、频率扰动量和水压变化量之间的数学模型及约束条件，形成供水系统输出功率在线检测需要的数学模型；在稳态工况下进行频率小信号扰动，采样管网压力值，根据输出功率数学模型迭代计算出稳态时轴输出功率，根据轴输出功率的值自动选择不同功率的水泵电机工作。本发明可确保系统高效运行，从而显著提高变频恒压供水系统的工作效率。本发明可有效保护电机和变频器低频运行引起的效率低下故障，提高系统的寿命和可靠性，为水泵电机安全、高效运行提供可靠保证。

主权项

1.一种基于反求法的高效变频恒压供水系统的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：（1）以采样周期Ts为间隔对供水系统管网的水压值进行采样，将第一次采样值标记为p(1)；标记当前采样次数为k；定义压力误差e(k)＝P_set-p(k)；其中，e(i)|_i＜＝0＝0；P_set为预先设定的水压值；p(k)为采样次数为k时的压力值，f(k)为采样次数为k时逆变电路的输出频率值；f(i)|_i＜＝0＝0；令k=1；（2）由恒压PID控制算法求出t＝kT_s时刻逆变电路的输出频率值f(k)＝f(k-1)+K_pe(k)+K_ie(k-1)+K_pe(k-2)；其中，e(k-1)、f(k-1)分别为t＝(k-1)T_s时刻的压力误差和逆变电路的输出频率；e(k-2)为t＝(k-2)T_s时刻的压力误差；K_p、K_i和K_d分别为预先设定的PID算法中的比例系数、积分系数和微分系数；更新变量，令e(k-2)＝e(k-1)，e(k-1)＝e(k)，f(k-1)＝f(k)；（3）建立由M个元素构成的水压值数组{p(ψ)}和逆变电路的输出频率数组{f(ψ)}；其中ψ＝{k-M+1,k-M+2,...k}，M为预先设定的大于1的正整数；p(ψ)|_ψ＜＝0＝0，f(ψ)|_ψ＜＝0＝0；（4）判断供水系统是否处于稳定恒压供水状态，如果是，进入步骤（5）；否则，进入步骤(6)；（5）求解逆变电路输出频率的平均值进入步骤(8)；（6）判断是否满足如果是，转入步骤（18）；否则，进入步骤(7)；（7）控制当前运行的水泵电机M_j停止运行，同时控制功率大一级的水泵电机M_j+1工作，转入步骤（18）；（8）令n=1；T_d为预先定义的观测时间长度；（9）标记当前时刻为t=0时刻，给输出频率一个固定的任意扰动ΔF_n；（10）令m=1；（11）判断mT_s＞T_d是否成立；如果成立，则进入步骤(13)；否则，在t＝mT_s时刻，采样管网压力值p_n(m)，得到Δp_n(m)＝p(m)-P_set；（12）判断是否成立；如果不成立，则标记Nⁿ＝m，进入步骤(14)；否则，将Δp_n(m)、P_set、ΔF_n、T_b、ρ、g、P_b、V_b、T和t＝mT_s代入公式Δpn(m)Pset=(2F‾×ΔFn+ΔFn2)F‾2(1-e-Poutn[m]TbρgPbVbTt),]]>求解得出其中，P_b为供水系统气压罐额定压力值，V_b为供水系统气压罐气室额定体积，T_b为供水系统气压罐额定温度；T为环境温度，ρ为液体密度；g为重力加速度；更新变量，令m＝m+1;返回步骤(11)；（13）计算平均值进入步骤(15)；（14）计算平均值进入步骤(15)；（15）更新变量，令n=n+1;判断n＞5是否成立，如果是，进入步骤(16)；否则，进入步骤(9)；（16）计算标准差判断σ_Pout＜0.5是否成立，如果是，则进入步骤(17)；否则，转入步骤（18）；（17）令计算实际流量判断Q_out＜＝Q_min是否满足，其中Q_min为预先设定的最小流量值；如果是，则说明系统处于小流量工作状态，逆变器输出关闭，进入步骤（18）；否则，计算PΔ1=Pe1-Pout,PΔ2=Pe2-Pout]]>和PΔ3=Pe3-Pout,]]>其中分别为水泵电机M₁、M₂、M₃的额定功率；比较和将和中正的最小值所对应的水泵电机记为M_u，u=1、2或3；控制器控制水泵电机M_u开始工作，并关闭其余的水泵电机，进入步骤（18）；（18）令k=k+1；在本次采样周期结束后，进行下一次采样，并标记水压值的采样值为p(k)；返回步骤（2）。