CN110609489B - 一种变流器机泵模拟系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种变流器机泵模拟系统，包括：可控整流器、类调门可调电阻、类管道可调线路、逆变器和控制器；所述可控整流器，用于模拟待测机泵系统中的待测电机，通过控制器控制所述可控整流器输入有功或无功，模拟所述待测电机能耗；所述可控整流器的直流侧与所述逆变器通过电阻并联，有功能量通过所述逆变器回馈电网；所述类调门可调电阻，用于模拟被测机泵系统中的调节阀特性；所述类管道可调线路，用于模拟被测机泵系统中的管道特性；所述逆变器，用于模拟泵类负载消耗电能，调节直流母线电压，将可控整流器有功能量回馈电网。本发明可以实现多种设备、多种工况能效模拟测试，解决企业中机泵实验难以开展的问题。

Description

一种变流器机泵模拟系统
技术领域
本发明涉及电力仿真技术领域，具体涉及一种变流器机泵模拟系统。
背景技术
电机是风机、泵、压缩机等装置的驱动设备，广泛应用于工业及民用领域，能耗占社会总用电量超过60％，占工业总用电量超过70％。节能减排，绿色低碳发展已经成为企业的内在需求和发展动力。
机泵调节技术主要包括变频调速技术、液力耦合器技术、永磁调速器技术、变极调速技术、相控调压技术、功率因数补偿技术、电机与拖动设备、运行工况匹配技术、电机系统优化和运行控制技术等。其中，变频调速技术可实现电机软启动、工艺调节、功率因数校正等功能，使用较多；机泵匹配技术可以解决电机额定功率与拖动设备运行功率不协调问题，是研究热点。
工业企业特别是大型工业企业，如石化、钢铁、建材等企业，工艺连续性强，自动化程度高，技术复杂，生产工艺控制精度高，负荷重要性等级高，负荷性质复杂，只能进行稳态测试，无法进行暂态测试。实验室中，可以搭建小型机泵实验系统，测试特定型号机泵，但无法实现多种设备的测试实验。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明提供一种变流器机泵模拟系统，可以实现多种设备、多种工况能效模拟测试，解决企业中机泵实验无法开展的问题。
为实现上述目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种变流器机泵模拟系统，包括：可控整流器、类调门可调电阻、类管道可调线路、逆变器和控制器；
所述可控整流器，用于模拟待测机泵系统中的待测电机，通过控制器控制所述可控整流器输入有功或无功，模拟所述待测电机能耗；所述可控整流器的直流侧与所述逆变器通过电阻并联，有功能量通过所述逆变器回馈电网；
所述类调门可调电阻，用于模拟被测机泵系统中的调节阀特性；
所述类管道可调线路，用于模拟被测机泵系统中的管道特性；
所述逆变器，用于模拟泵类负载消耗电能，调节直流母线电压，将可控整流器有功能量回馈电网。
进一步地，所述系统还包括：电压表、电流表、转速传感器和转矩传感器，分别用于测量对应器件的电压、电流、转速和转矩参数。
进一步地，在进行待测电机能耗模拟时，所述可控整流器功率特性如下：
Figure BDA0001697148970000021
Figure BDA0001697148970000022
其中，ed为d轴电压，eq为q轴电压，id为d轴电流，iq为q轴电流，通过控制d轴、q轴电流可模拟电机吸收有功、无功，以完成任意电机功率特性模拟。
进一步地，若采用基于电网电压定向控制策略，则eq＝0，所述可控整流器功率特性如下：
Figure BDA0001697148970000023
Figure BDA0001697148970000024
进一步地，所述类调门可调电阻的大小根据事先测量得到的调节阀消耗功率确定，其中，所述类调门可调电阻的大小与调节阀消耗功率的关系为：
Figure BDA0001697148970000031
P1＝γQhj
P1＝I2 aR1
其中，hj为局部水头损失，ξ为局部阻力系数，v为断面平均流速，g为重力加速度，P1为流体损失能量，γ为被输送流体的容重，Q为水泵的流量，Ia为电枢电流，R1为类调门可调电阻。
进一步地，所述类管道可调线路采用T型线路模拟机泵系统管道损耗。
进一步地，所述类管道可调线路的参数根据事先测量得到的管道参数确定，其中，所述类管道可调线路的参数与管道参数的关系为：
L＝1/gA
R＝λ|Q|/(2gDA2)
C＝gA/a2
其中，L为等效电感，R2为类管道可调电阻，C为等效电容，g为重力加速度，A为管道断面积，λ为摩阻系数，Q为等效流量，D为管道直径，A为管道断面积，a为水击波速。
进一步地，所述变流器机泵模拟系统模拟得到的机泵能效为：
Figure BDA0001697148970000032
其中，ed2为逆变器d轴电压，id2为逆变器d轴电流，ed1为整流器d轴电压，id1为整流器d轴电流。
由上述技术方案可知，本发明提供的变流器机泵模拟系统，包括：可控整流器、类调门可调电阻、类管道可调线路、逆变器和控制器；所述可控整流器，用于模拟待测机泵系统中的待测电机，通过控制器控制所述可控整流器输入有功或无功，模拟所述待测电机能耗；所述可控整流器的直流侧与所述逆变器通过电阻并联，有功能量通过所述逆变器回馈电网；所述类调门可调电阻，用于模拟被测机泵系统中的调节阀特性；所述类管道可调线路，用于模拟被测机泵系统中的管道特性；所述逆变器，用于模拟泵类负载消耗电能，调节直流母线电压，将可控整流器有功能量回馈电网。可见，本发明可以实现多种设备、多种工况能效模拟测试，解决了实际系统测试试错成本过高，实验室系统难以模拟变工况泵类负荷、调节阀特性、管路特性的问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1示出了变流器机泵模拟系统的总体结构图；
图2示出了变流器机泵模拟系统的工作原理图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例提供了一种交流器机泵模拟系统，该交流器机泵模拟系统可以模拟实际机泵系统能耗状况。实际机泵系统能耗一般包括三个部分，泵类负荷、调节阀损失、管路损失，实际系统测试试错成本过高，实验室系统难以模拟变工况泵类负荷、调节阀特性、管路特性。本发明实施例利用可控整流器模拟电动机，逆变器模拟泵类负载；利用类调门可调电阻模拟调节阀特性，类管道可调电阻模拟管道特性。调节可控整流器、类调门可调电阻阻值、类管道可调线路参数，逆变器，可以模拟不同工况。
参见图1所示的结构图和图2所示的工作原理图，本发明实施例提供的变流器机泵模拟系统，包括：可控整流器、类调门可调电阻、类管道可调线路、逆变器和控制器(图中未示出)；
所述可控整流器，用于模拟待测机泵系统中的待测电机，通过控制器控制所述可控整流器输入有功或无功，模拟所述待测电机能耗；所述可控整流器的直流侧与所述逆变器通过电阻并联，有功能量通过所述逆变器回馈电网；
所述类调门可调电阻，用于模拟被测机泵系统中的调节阀特性；
可以理解的是，所述类调门可调电阻，为可调电阻，模拟机泵系统阀门压力压差损耗；阀门开度减小，电阻上消耗功率大；阀门开度大，电阻上消耗功率小；
所述类管道可调线路，用于模拟被测机泵系统中的管道特性；
可以理解的是，所述类管道可调线路，将管道等效为T型等效电路，模拟线路能量损耗及动态过程；管道较长，电阻上消耗功率大；管道较短，电阻上消耗功率小；
所述逆变器，用于模拟泵类负载消耗电能，调节直流母线电压，将可控整流器有功能量回馈电网。
由上述技术方案可知，本实施例提供的变流器机泵模拟系统，包括：可控整流器、类调门可调电阻、类管道可调线路、逆变器和控制器；所述可控整流器，用于模拟待测机泵系统中的待测电机，通过控制器控制所述可控整流器输入有功或无功，模拟所述待测电机能耗；所述可控整流器的直流侧与所述逆变器通过电阻并联，有功能量通过所述逆变器回馈电网；所述类调门可调电阻，用于模拟被测机泵系统中的调节阀特性；所述类管道可调线路，用于模拟被测机泵系统中的管道特性；所述逆变器，用于模拟泵类负载消耗电能，调节直流母线电压，将可控整流器有功能量回馈电网。本发明实施例利用可控整流器模拟电动机，逆变器模拟泵类负载；利用类调门可调电阻模拟调节阀特性，类管道可调电阻模拟管道特性。调节可控整流器、类调门可调电阻阻值、类管道可调线路参数，逆变器，可以模拟不同工况。可见，本实施例可以实现多种设备、多种工况能效模拟测试，解决了实际系统测试试错成本过高，实验室系统难以模拟变工况泵类负荷、调节阀特性、管路特性的问题。
在一种优选实施方式中，所述系统还包括：电压表、电流表、转速传感器和转矩传感器，分别用于测量对应器件的电压、电流、转速和转矩参数。
在一种优选实施方式中，在进行待测电机能耗模拟时，所述可控整流器功率特性如下：
Figure BDA0001697148970000061
Figure BDA0001697148970000062
其中，ed为d轴电压，eq为q轴电压，id为d轴电流，iq为q轴电流，通过控制d轴、q轴电流可模拟电机吸收有功、无功，以完成任意电机功率特性模拟。
在一种优选实施方式中，若采用基于电网电压定向控制策略，则eq＝0，所述可控整流器功率特性如下：
Figure BDA0001697148970000063
Figure BDA0001697148970000064
在一种优选实施方式中，所述类调门可调电阻的大小根据事先测量得到的调节阀消耗功率确定，其中，所述类调门可调电阻的大小与调节阀消耗功率的关系为：
Figure BDA0001697148970000065
P1＝γQhj
P1＝I2 aR1
其中，hj为局部水头损失，ξ为局部阻力系数，v为断面平均流速，g为重力加速度，P1为流体损失能量，γ为被输送流体的容重，Q为水泵的流量，Ia为电枢电流，R1为类调门可调电阻。
在一种优选实施方式中，所述类管道可调线路采用T型线路模拟机泵系统管道损耗。
在一种优选实施方式中，所述类管道可调线路的参数根据事先测量得到的管道参数确定，其中，所述类管道可调线路的参数与管道参数的关系为：
L＝1/gA
R＝λ|Q|/(2gDA2)
C＝gA/a2
其中，L为等效电感，R2为类管道可调电阻，C为等效电容，g为重力加速度，A为管道断面积，λ为摩阻系数，Q为等效流量，D为管道直径，A为管道断面积，a为水击波速。
在一种优选实施方式中，所述变流器机泵模拟系统模拟得到的机泵能效为：
Figure BDA0001697148970000071
其中，ed2为逆变器d轴电压，id2为逆变器d轴电流，ed1为整流器d轴电压，id1为整流器d轴电流，泵类负载功率比电机输入总功率即为功率因数。
本发明的说明书中，说明了大量具体细节。然而能够理解的是，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。类似地，应当理解，为了精简本发明公开并帮助理解各个发明方面中的一个或多个，在上面对本发明的示例性实施例的描述中，本发明的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。
以上实施例仅用于说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (6)

1.一种变流器机泵模拟系统，其特征在于，包括：可控整流器、类调门可调电阻、类管道可调线路、逆变器和控制器；
所述可控整流器，用于模拟待测机泵系统中的待测电机，通过控制器控制所述可控整流器输入有功或无功，模拟所述待测电机能耗；所述可控整流器的直流侧与所述逆变器通过电阻并联，有功能量通过所述逆变器回馈电网；
所述类调门可调电阻，用于模拟被测机泵系统中的调节阀特性；
所述类管道可调线路，用于模拟被测机泵系统中的管道特性；
所述逆变器，用于模拟泵类负载消耗电能，调节直流母线电压，将可控整流器有功能量回馈电网；
所述类调门可调电阻的大小根据事先测量得到的调节阀消耗功率确定，其中，所述类调门可调电阻的大小与调节阀消耗功率的关系为：
Figure FDA0003650931330000011
P1＝γQhj
P1＝I2 aR1
其中，hj为局部水头损失，ξ为局部阻力系数，v为断面平均流速，g为重力加速度，P1为流体损失能量，γ为被输送流体的容重，Q为水泵的流量，Ia为电枢电流，R1为类调门可调电阻；
所述类管道可调线路的参数根据事先测量得到的管道参数确定，其中，所述类管道可调线路的参数与管道参数的关系为：
L＝1/gA
R2＝λ│Q│/(2gDA2)
C＝gA/a2
其中，L为等效电感，R2为类管道可调电阻，C为等效电容，g为重力加速度，A为管道断面积，λ为摩阻系数，Q为等效流量，D为管道直径，A为管道断面积，a为水击波速。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：电压表、电流表、转速传感器和转矩传感器，分别用于测量对应器件的电压、电流、转速和转矩参数。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，在进行待测电机能耗模拟时，所述可控整流器功率特性如下：
Figure FDA0003650931330000021
Figure FDA0003650931330000022
其中，ed为d轴电压，eq为q轴电压，id为d轴电流，iq为q轴电流，通过控制d轴、q轴电流可模拟电机吸收有功、无功，以完成任意电机功率特性模拟。
4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，若采用基于电网电压定向控制策略，则eq＝0，所述可控整流器功率特性如下：
Figure FDA0003650931330000023
Figure FDA0003650931330000024
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述类管道可调线路采用T型线路模拟机泵系统管道损耗。
6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述变流器机泵模拟系统模拟得到的机泵能效为：
Figure FDA0003650931330000025
其中，ed2为逆变器d轴电压，id2为逆变器d轴电流，ed1为整流器d轴电压，id1为整流器d轴电流。
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