基于流量-功率曲線的最小功率算法的風機水泵節能系統的制作方法
【專利摘要】本發明是一種基于流量-功率曲線的最小功率算法的風機水泵節能系統，其采用的基于流量-功率曲線的最小功率算法為：在等式約束條件下，滿足i=1，2，…，n，從而得到各臺風機或水泵應該工作的頻率。本發明改變了傳統的只有一臺泵機工作于變頻狀態、其余泵機工作于工頻狀態的結構，將多臺風機水泵均運行于變頻（低頻）狀態，在滿足所需流量的情況下，通過變頻，可以尋找到最小運行功率點，此時，節能效果十分顯著，同時任何一臺都可以隨時啟動和運行，完全避免了上面的問題，也方便了設備的檢修，節約了檢修和維護的費用。
【專利說明】基于流量-功率曲線的最小功率算法的風機水泵節能系統
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種基于流量-功率曲線的最小功率算法的風機水泵節能系統，尤其在大功率場合，節能效果非常顯著。
【背景技術】
[0002]長期以來，風機、泵類運行控制設計比較簡單，節能問題未被充分重視。除了個別設備隨主機配套的控制裝置有可能具有節能運行方式外，一般情況下，風機流量的設計均按最大風量需求來設計。其調整方式通常采用擋板、風門、回流、起停電機等方式控制，無法形成閉環控制，也很少考慮省電。水泵流量設計同樣也是按最大流量來設計，壓力的調控方式只能通過控制閥門的大小、電機的啟停等方法。
[0003]有時，為了保證生產的可靠性，風機、水泵等各種生產機械在設計配用動力驅動時，都留有一定的裕量，如軸流風機、引風機、排風機、鼓風機、排水泵、離心泵等。其電機雖然大部分是在額定功率下運行，卻不能在任何工況下、任何時間內都是在滿負荷下運行。這樣，電機除達到動力驅動要求外，多余的力矩就成為有功功率的消耗，造成電能的浪費。同時，在因為工藝需要，運行中變更風量和流量，實際上是通過人為增加阻力的辦法達到調節的目的，這種調節方法也浪費了大量的電能。
[0004]在電氣控制上，傳統上習慣采用直接啟動或Υ-Λ啟動。但設置啟動裝置的主要目的，也是為了減少對電網的沖擊，它不能平滑調節風機、泵類的轉速，起不到節能作用，而且機械沖擊大，傳動系統壽命短，功率因數也較低。
[0005]當前節能、減排是確保國家經濟可持續發展的一項重要政策，供熱空調系統電耗的60%~70%是以水泵與風機為主的能量輸配系統產生的，其中水泵的節能潛力尤為可觀。為適應供熱空調系統用戶的個性化調節而導致的系統流量變化范圍較寬的特性，常需要多臺水泵同時并聯變頻運行，其中水泵的優化控制研究值得關注。
[0006]目前，在實際的風機水泵負載系統中，很多場合都需要采用幾臺泵并聯運行來滿足用戶流量要求，并且為達到節能效果，對水泵進行了變頻調速控制。但目前的主要模式是運行在工頻的風機水泵臺數調節和單臺變頻調節結合在一起滿足所需流量，對供水系統節能效益有很大影響，所以風機水泵變頻系統的節能效果仍有較大潛力可挖。
【發明內容】
[0007]本發明所要解決的技術問題是:提供一種基于流量-功率曲線的最小功率算法的風機水泵節能系統，以解決已有技術的問題。
[0008]本發明解決其技術問題所采用的技術方案是:
[0009]本發明提供的基于流量-功率曲線的最小功率算法的風機水泵節能系統，其采用的基于流量-功率曲線的最小功率算法為:
[0010]在等式約束
【權利要求】
1.一種基于流量-功率曲線的最小功率算法的風機水泵節能系統，其特征是在等式約束
2.根據權利要求1所述的風機水泵節能系統，其特征是在Qeimin≤ Qei≤Qcifflax條件下，保證各臺風機或水泵工作在高效節能區域。
3.根據權利要求2所述的風機水泵節能系統，其特征是所述高效節能區域為通過工頻高效區左右兩端端點的兩條相似工況拋物線OA和OC的中間區域0AC。
4.一種基于流量-功率曲線的最小功率算法的風機水泵節能系統的用途，其特征是在用于風機、水泵類節能運行的控制過程中，具體是采用包括以下步驟的方法:步驟1:實驗測出各個流量段耗能最小時需要運行的泵機臺數，得出最優的“流量-泵機起動的臺數表”存入控制器；步驟2:將實驗測出的各臺泵機的流量-功率曲線存入控制器；步驟3:當用戶設定流量值Qs后，系統根據“流量-泵機起動的臺數表”確定將起動的泵機臺數，當改變流量時，由“流量-泵機起動的臺數表”判斷是否需要改變泵機臺數；步驟4:系統由拉格朗日乘數法思想——基于流量-功率特性曲線的最小功率算法，即在等式約束
5.根據權利要求4所述的用途，其特征是步驟I中，根據所運用的泵機的性能與實際運行的工況，采用實驗得出的“流量-泵機起動的臺數表”，該“流量-泵機起動的臺數表”為在全流量范圍內某一特定流量下需要起動的泵機的臺數，使所消耗的功率之和最小。
6.根據權利要求4所述的用途，其特征是步驟2中，所述流量-功率曲線為實測的一組離散的點，即流量和功率的對應關系。
7.根據權利要求4所述的用途，其特征是步驟2中，所述控制器為臺達DVP-ES2系列PLC。
8.根據權利要求4所述的用途，其特征是步驟7中，所述控制器采用以下方法修正流量-功率曲線:根據反饋回的各泵機的流量和功率，實際工作的流量下的實際功率與預置的流量-功率曲線中當前流量下的功率比較是否超過一定范圍ε，該ε值可根據現場情況、控制器的運算能力以及控制精度設定。若持續一定時間均超過設定范圍，控制器修正流量-功率曲線，使之符合當前運行工況，`否則不予處理。
【文檔編號】F04D27/00GK103452824SQ201310403513
【公開日】2013年12月18日 申請日期:2013年9月6日 優先權日:2013年9月6日
【發明者】劉教瑜, 曹能, 劉凱, 曹亞君, 楊蔚, 熊晶晶, 余振洪 申請人:武漢理工大學