CN102094801A - 基于输送能耗最低的泵组优选方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于输送能耗最低的泵组优选方法，属于控制中央空调系统运行水泵组合台数的方法；旨在提供一种能够保证投入运行的水泵组合台数以及运行频率处于效率最佳、功耗最低状态的控制方法。它是通过改变阀门开度和运行水泵的数量，对总水管流量、压力和水泵总功率进行采集，计算出各水泵在不同频率下的泵组系数和效率，根据当前流量进行逻辑判断，输出运行水泵最优台数和运行频率，系统把运行水泵最优数量和运行频率送入冷温水控制策略，然后由控制装置通过变频器对水泵进行自动调节控制。本发明具有良好的节能降耗的效果，它克服了传统方法存在的多台水泵在低频率下运行或者少数几台水泵在高频率下运行的缺陷。

Description

基于输送能耗最低的泵组优选方法

技术领域：本发明涉及一种控制方法，尤其涉及一种控制中央空调系统运行水泵组合台数运行的方法。

背景技术：在大中型中央空调水系统中，通常采用控制多台并联运行的变频水泵数量和运行频率来适应系统水流量的变化。空调运行过程中，当末端用户的负荷发生变化时，系统冷冻水的流量也会随之增加或减少，这就需要系统能够自动调节水泵频率以适应当前负荷的需求。目前，通常的解决方法是以当前运行的水泵数量和运行频率作为基准，对运行的水泵数量和运行频率进行调节：若负荷减小，则需降低水泵运行频率，当运行频率降低到下限值时还不能适应末端用户的负荷，就需要关掉一台水泵；反之，若负荷增大，则需提高水泵运行频率，当运行频率增加到上限值时还不能满足当前负荷的需要，则必需增开一台水泵，以此类推。这就会出现多台水泵在低频率下运行或者少数几台水泵在高频率下运行的不合理状况，达不到节能降耗的效果。

为了解决以上问题，就必须找到一个能够使冷冻水在输送过程中能耗降到最小的水泵工频运行点。众所周知，在满足流量和扬程相同的输送条件下，投入运行的并联水泵数量、以及各水泵的工作频率不同，其输送效率和能耗也不相同；其中必定有一个效率最佳、功耗最低的运行方案。

发明内容：针对现有技术中存在的上述缺陷，本发明旨在提供一种基于输送能耗最低的泵组优选方法，该方法能够保证投入运行的水泵组合台数以及运行频率处于效率最佳、功耗最低的状态。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：它包括数据采集、数据处理、逻辑判断、输出控制量、调节控制；通过改变阀门开度和运行水泵的数量，对总水管流量、压力和水泵总功率进行采集，计算出各水泵在不同频率下的泵组系数和效率，根据当前流量进行逻辑判断，输出运行水泵最优台数和运行频率，系统把运行水泵最优数量和运行频率送入冷温水控制策略，然后由控制装置通过变频器对水泵进行自动调节控制；具体方法如下：

(1)数据采集，通过改变阀门开度和运行水泵的数量，对总水管流量、总水管压力和水泵总功率进行采集，并将其存储到数据库供下一步数据处理作基础；

(2)数据处理，程序自动从数据库中取出上述数据，根据以下公式计算每种水泵组合在不同频率下的泵组系数和效率，再次记录到数据库：

水泵功率计算公式：P＝QHρ/102η＝9.8QH/η    公式1

P——水泵总功率；

Q——总水管流量；

H——总水管压力；

η——水泵效率；

管路-流量曲线公式：H＝K_管Q²                  公式2

Q——总水管流量；

H——总水管压力；

K_管——总水管管路系数；

流量—扬程曲线公式：H＝A₀+A₁Q+A₂Q²        公式3

Q——总水管流量；

H——总水管压力；

A₀——泵组零次系数；

A₁——泵组一次系数；(通过统计计算，泵的一次系数A₁＝0)

A₂——泵组二次系数；

(3)逻辑判断和输出控制量，根据步骤(1)的数据和步骤(2)的计算结果，以及当前水系统运行过程中管路系数是否存在按以下两种情况进行逻辑判断：

①若管路系数存在，则从给出的管路系数查询范围中查出与当前管路系数最接近的管路系数值；然后在该管路系数下，从给出的流量查询范围中查出的各流量、以及各流量对应的效率值，找出最大效率对应的最优台数和运行频率，输出该运行水泵最优台数和运行频率；

②若管路系数不存在，则根据该管路系数和各水泵在不同频率下的泵组系数计算出来的流量和效率，直接插入数据库，然后按照第①种情况继续找出运行水泵最佳台数和运行频率；

(4)调节控制，系统把运行水泵最佳台数和运行频率送入冷温水控制策略，通过变频器对水泵进行自动调节控制，使其流量满足当前末端负荷。

上述技术方案中，所述冷温水控制策略是指以输送能耗最低为目标，根据所输送流量的变化、运行水泵台数的及其水泵效率特性，通过模糊控制器所建立的水泵优选配置模型，在满足该流量及扬程条件下得到的最佳运行水泵台数及其运行频率的技术方案；该方案能够使泵组所消耗的总功耗最低。A₀、A₁、A₂均为可以通过现实数据计算出来的常量。

与现有技术比较，本发明由于采用了上述技术方案，因此能够根据末端用户载荷的变化，由控制装置通过变频器自动对投入运行的水泵台数、各水泵的运行频率按冷温水控制策略事先设定好的优选方案进行调节控制，从而能够使冷冻水在输送过程中能耗降到最低、效率最佳。

附图说明：

图1是本发明的水泵优选组合原理图。

具体实施方式：下面结合附图具体的实施例对本发明作进一步说明，具体方法如下：

(1)数据采集，通过改变阀门开度和运行水泵的数量，对总水管流量、总水管压力和水泵总功率进行采集，并将其存储到数据库供下一步数据处理作基础；其做法是：使每种水泵组合在设定的运行频率段中从频率下限(如：25Hz)运行到频率上限(如：48Hz)，系统运行稳定后记录当前平均功率、总水管流量以及总水管压力，然后填入频率-能耗表。为了保证接近真实数据，在测试时，每种泵组最少要采集五到六组管路系数下的数据(变化阀门开度，如：20％、40％、60％、70％、80％、90％)；

(2)数据处理，程序自动从数据库中取出上述数据，根据以下公式计算每种水泵组合在不同频率下的泵组系数和效率，再次记录到数据库：

水泵功率计算公式：P＝QHρ/102η＝9.8QH/η        公式1

P——水泵总功率；

Q——总水管流量；

H——总水管压力；

η——水泵效率；

管路-流量曲线公式：H＝K_管Q²               公式2

Q——总水管流量；

H——总水管压力；

K_管——总水管管路系数；

流量-扬程曲线公式：H＝A₀+A₁Q+A₂Q²         公式3

Q——总水管流量；

H——总水管压力；

A₀——泵组零次系数；

A₁——泵组一次系数；(通过统计计算，泵的一次系数A₁＝0)

A₂——泵组二次系数；

测试数据插入完毕后，自动计算每种水泵组合在各个频率下的泵组系数。这样，在水泵并联运行过程中，就可根据当前管路系数K_管在频率-能耗表中选择最优并联水泵组合台数及运行频率。如果当前管路系数在数据记录中不存在，就根据计算出的管路-流量曲线公式和流量-扬程公式计算出该管路系数下每种水泵组合在每个运行频率下的流量和效率，插入数据库。在系统稳定的情况下，运行过程中也会不断更新数据库数据。

(3)逻辑判断和输出控制量，根据步骤(1)的数据和步骤(2)的计算结果，以及当前水系统运行过程中管路系数是否存在按以下两种情况进行逻辑判断：

①若管路系数存在，则从给出的管路系数查询范围中查出与当前管路系数最接近的管路系数值；然后在该管路系数下，从给出的流量查询范围中查出的各流量、以及各流量对应的效率值，找出最大效率对应的最优台数和运行频率，输出该运行水泵最优台数和运行频率；

②若管路系数不存在，则根据该管路系数和各水泵在不同频率下的泵组系数计算出来的流量和效率，直接插入数据库，然后按照第①种情况继续找出运行水泵最佳台数和运行频率；

计算效率的方法如下：

由于在同一水泵组合、同一运行频率、不同管路系数情况下，水泵效率曲线是与流量有关的二次曲线；不论管路曲线怎么样，只要在同一水泵组合、同一频率下，把所有的效率点按流量从小到大排序，连成的线就是二次曲线。再加上同一管路系数、同一水泵组合、不同频率下的水泵效率是相等的，就可以得到如图1所示的某个运行频率(如48Hz)下的效率曲线。这样，根据历史数据记录就可以计算每种情况下的效率：

效率可以看作是与流量有关的二次方程。在运行过程中，得到的每个效率点都是离散值，把流量从小到大排序，每两个相邻流量之间的效率点连成一条线，这条线的中点值可近似代表在这两个流量中点的效率值。如果当前管路系数在数据库中不存在，就需要插入新的数据，需要知道每个运行点的效率，这时只需要用当前管路-流量公式和扬程-流量公式算出该水泵组合在48Hz下的流量，通过比较找出比该流量大和小的两个流量对应的效率，就可以根据上面的方法求出该流量下的效率。

(4)调节控制，系统把最优数量和运行频率送入冷温水控制策略，通过变频器对水泵进行自动调节控制，使其流量满足当前末端负荷。

Claims (1)

1.一种基于输送能耗最低的泵组优选方法，包括数据采集、数据处理、逻辑判断、输出控制量、调节控制；其特征在于：通过改变阀门开度和运行水泵的数量，对总水管流量、压力和水泵总功率进行采集，计算出各水泵在不同频率下的泵组系数和效率，根据当前流量进行逻辑判断，输出运行水泵最优台数和运行频率，系统把运行水泵最优数量和运行频率送入冷温水控制策略，然后由控制装置通过变频器对水泵进行自动调节控制；具体方法如下：

(1)数据采集，通过改变阀门开度和运行水泵的数量，对总水管流量、总水管压力和水泵总功率进行采集，并将其存储到数据库供下一步数据处理作基础；

(2)数据处理，程序自动从数据库中取出上述数据，根据以下公式计算每种水泵组合在不同频率下的泵组系数和效率，再次记录到数据库：

水泵功率计算公式：P＝QHρ/102η＝9.8QH/η    公式1

P——水泵总功率；

Q——总水管流量；

H——总水管压力；

η——水泵效率；

管路-流量曲线公式：H＝K_管Q²                  公式2

Q——总水管流量；

H——总水管压力；

K_管——总水管管路系数；

流量-扬程曲线公式：H＝A₀+A₁Q+A₂Q²              公式3

Q——总水管流量；

H——总水管压力；

A₀——泵组零次系数；

A₁——泵组一次系数；(通过统计计算，泵的一次系数A₁＝0)

A₂——泵组二次系数；

(3)逻辑判断和输出控制量，根据步骤(1)的数据和步骤(2)的计算结果，以及当前水系统运行过程中管路系数是否存在按以下两种情况进行逻辑判断：

①若管路系数存在，则从给出的管路系数查询范围中查出与当前管路系数最接近的管路系数值；然后在该管路系数下，从给出的流量查询范围中查出的各流量、以及各流量对应的效率值，找出最大效率对应的最优台数和运行频率，输出该运行水泵最优台数和运行频率；

②若管路系数不存在，则根据该管路系数和各水泵在不同频率下的泵组系数计算出来的流量和效率，直接插入数据库，然后按照第①种情况继续找出运行水泵最佳台数和运行频率；

(4)调节控制，系统把运行水泵最佳台数和运行频率送入冷温水控制策略，通过变频器对水泵进行自动调节控制，使其流量满足当前末端负荷。