给水泵站的变频调速技术研究与经济运行
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摘要
泵站担负着工农业和生活供水的重要任务，运行中需大量消耗能量，提高泵站效率，降低能耗，对国民经济有重大意义。给水泵站主要任务是提供城镇居民生活用水，无论何时都要保证供水。因此，给水泵站必须连续运行。提抽单位水量的功耗对于给水泵站是至关重要的。而用水量又是变化的，给水泵站不可能总处于最优运行状态，必须及时调整运行方式才能提高效率、降低功耗。
给水泵站常用高效调节方式为变频调速方式。由于变频器的价格太高，因此大多数给水泵站采用一台变速泵与多台定速泵配合使用的方法。调节方式为开停机调节与变频调速相结合的方式。因此，优化运行所要解决的问题是：在确定的给水泵站中，已知当前流量和出水口压力的范围，寻求最合适的开机方式和变速泵的转速使总的电功率最小。目前对于具有多种调节方式的泵站，其优化运行的理论较少，方案的产生也较复杂。
我国大部分给水泵站所安装的泵都为离心泵。当出水口压力h确定后，对于确定的定速泵系统其工作点就已经确定了。机组的工作点的确定意味着电动机消耗的功率P也确定了。由此可见，P与h之间应该有确定的函数关系，即P=f(h)。同时流量Q与h的也有关系Q=f(h)。而变速泵系统还需要知道流量才可以确定其工作点。因此，对于变速泵系统应该存在关系P=f(h，Q)。如何运用定速泵的P=f(h)、Q=f(h)关系及调速泵的P=f(h，Q)关系来确定泵站优化运行方案是本文核心所在。
本文以海南那大给水工程二级泵站为例，深入研究了水泵机组的机电特性，具体阐述了以泵站消耗的总电功率最小为目标函数的优化方案。文中以大量数据为基础，通过拟合得到每台机组的电功率、流量、出厂压力的关系。在当前流量已检测出的情况下，对泵站的运行方式进行优化，最终得出各流量对应的运行方式。这种优化方案及其产生过程对于大多数给水泵站的经济运行有参考意义。
Pumping station supplies water for domestic, agricultural and industrial purposes, it consumes a lot of energy. It has a great interest for reducing power expenditure to increase its efficiency. We must adjust the operation method to reach this aim.
Timing frequency controlling is in the common use in feed pumping stations. Concerning for the high price of the transducer, most stations adopt the combining of one shifting and several stability pumps. In this way, the problem need to be solved in optimum operation is: seeking for the most suitable operation method and the rotate speed to minimize the total power. Recent theory about this is short as well as the method is complicated.
Centrifugal pumps are widely used in feed pumping stations. When the pressure (h) is determinate, so is the working point. And that means the power (P) consumed by electromotor is also determinated. Thus , we can draw a conclusion that there is a certain relationship between P and h and between the discharge (Q) and h. How to apply these relationships to determine the optimum operating method in pumping stations is the key point of this dissertation.
In this paper author takes the second-stage pumping station of Nada water supply engineering in Hainan as an example, and makes a deep study on mechanical and electrical property of pumping unit and describes the optimum operating scheme taking minimum total electric-power as an objective function. On the basis of abundant data, author has determined the relationship of power, discharge and pressure. Once the discharge is given, the optimum operating method of the pumps can be determined. This economical operation method has reference significance to most of pumping stations for water supply.
给水泵站常用高效调节方式为变频调速方式。由于变频器的价格太高，因此大多数给水泵站采用一台变速泵与多台定速泵配合使用的方法。调节方式为开停机调节与变频调速相结合的方式。因此，优化运行所要解决的问题是：在确定的给水泵站中，已知当前流量和出水口压力的范围，寻求最合适的开机方式和变速泵的转速使总的电功率最小。目前对于具有多种调节方式的泵站，其优化运行的理论较少，方案的产生也较复杂。
我国大部分给水泵站所安装的泵都为离心泵。当出水口压力h确定后，对于确定的定速泵系统其工作点就已经确定了。机组的工作点的确定意味着电动机消耗的功率P也确定了。由此可见，P与h之间应该有确定的函数关系，即P=f(h)。同时流量Q与h的也有关系Q=f(h)。而变速泵系统还需要知道流量才可以确定其工作点。因此，对于变速泵系统应该存在关系P=f(h，Q)。如何运用定速泵的P=f(h)、Q=f(h)关系及调速泵的P=f(h，Q)关系来确定泵站优化运行方案是本文核心所在。
本文以海南那大给水工程二级泵站为例，深入研究了水泵机组的机电特性，具体阐述了以泵站消耗的总电功率最小为目标函数的优化方案。文中以大量数据为基础，通过拟合得到每台机组的电功率、流量、出厂压力的关系。在当前流量已检测出的情况下，对泵站的运行方式进行优化，最终得出各流量对应的运行方式。这种优化方案及其产生过程对于大多数给水泵站的经济运行有参考意义。
Pumping station supplies water for domestic, agricultural and industrial purposes, it consumes a lot of energy. It has a great interest for reducing power expenditure to increase its efficiency. We must adjust the operation method to reach this aim.
Timing frequency controlling is in the common use in feed pumping stations. Concerning for the high price of the transducer, most stations adopt the combining of one shifting and several stability pumps. In this way, the problem need to be solved in optimum operation is: seeking for the most suitable operation method and the rotate speed to minimize the total power. Recent theory about this is short as well as the method is complicated.
Centrifugal pumps are widely used in feed pumping stations. When the pressure (h) is determinate, so is the working point. And that means the power (P) consumed by electromotor is also determinated. Thus , we can draw a conclusion that there is a certain relationship between P and h and between the discharge (Q) and h. How to apply these relationships to determine the optimum operating method in pumping stations is the key point of this dissertation.
In this paper author takes the second-stage pumping station of Nada water supply engineering in Hainan as an example, and makes a deep study on mechanical and electrical property of pumping unit and describes the optimum operating scheme taking minimum total electric-power as an objective function. On the basis of abundant data, author has determined the relationship of power, discharge and pressure. Once the discharge is given, the optimum operating method of the pumps can be determined. This economical operation method has reference significance to most of pumping stations for water supply.
引文
[1] 刘超，泵站经济运行，水利电力出版社，1995
[2] 李继珊，泵站测试技术，水利电力出版杜，1987
[3] 丘传忻，泵站节能技术，水利电力出版社，1985
[4] 丘传忻，泵站工程，武汉大学出版社，2001
[5] 刘竹溪，水泵及水泵站，水利电力出版社，1986
[6] 刘景植、刘梅清，Pumps and Pumping Stations，武汉水利电力大学出版社，2000
[7] 潘咸昂，泵站辅助设备及自动化，水利电力出版社，1989
[8] 日本农业土木事业协会，丘传忻等译，泵站工程技术手册，中国农业出版杜，1998
[9] 吴民强，泵与风机节能技术，水利电力出版社，1994
[10] 郭立君，泵与风机，水利电力出版社，1986
[11] 中国电工技术学会等，风机水泵交流调速节能技术，机械工业出版社，1990
[12] 上海市经委节能办公室等，风机水泵调速节能手册，机械工业出版社，1987
[13]李发海、王岩，电机与拖动基础，清华大学出版社，1994
[14] 顾绳谷，电机及拖动基础．上册，机械工业出版社，1980
[15]顾绳谷，电机及拖动基础．下册，机械工业出版社，1981
[16]曹承志，电机、拖动与控制，机械工业出版社，2000
[17] 王兆安、黄俊，电力电子技术，机械工业出版社，2001
[18] 莫正康，晶闸管变流技术，机械工业出版社，1985
[19] 林木生、邵丙衡，电力半导体变流技术，中国铁道出版社，1987
[20] 赵殿甲，可控硅电路，冶金工业出版社，1986
[21] 吴竞昌等，电力系统谐波，水利电力出版社，1988
[22] 宋文南、刘宝仁，电力系统谐波分析，北京大学出版社，1995
[23] 吴竞昌，供电系统谐波，中国电力出版社，1998
[24] 许克明等，电力系统高次谐波，重庆大学出版社，1991
[25] 陈伯时，电力拖动自动控制系统(第二版)，机械工业出版社，1992
[26] 李正熙，电力拖动自动控制系统，冶金工业出版社，1997
[27] 邱阿瑞，交流电力拖动及应用，人民邮电出版社，2000
[28] 张立，可关断可控硅及其应用，人民邮电出版社，1982
[29] 陈国呈，PWM变频调速及软开关电力变换技术，机械工业出版社，2001
[30] 陈国呈，PWM变频调速技术，机械工业出版社，1998
[31] 张燕宾，SPWM变频调速应用技术，机械工业出版社，1997
[32] 同济大学，给水工程，中国建筑工业出版社，1980
[33] 武汉水利电力大学，机电排灌设计手册，1977
[34] 中国市政工程中南设计院，给水排水设计手册．第8册．电气与控制，中国建筑工业出版社，1986
[35] 中国市政工程中南设计院，给水排水设计手册。第11册．常用设备，
中国建筑工业出版社，1986
[36] 郑学坚、周斌，微型计算机原理及应用(第二版)，清华大学出版社，1995
[37] 刘乐善，叶济忠，叶永坚，微型计算机接口技术原理及应用，华中理工大学出版社，1996
[38] 闵华清，8098单片机原理与应用系统设计，华东理工大学出版社，1995
[39] 赖寿宏，微型计算机控制技术，机械工业出版社，2000
[40] 袁本恕，计算机控制系统，中国科学技术大学出版社，1988
[41] 张志涌，精通MATLAB6.5版，北京航空航天大学出版社，2003
[42] 刘宏友，MATLAB6.X符号运算及其应用，机械工业出版社，2003
[43] 楼顺天、于卫，基于MATLAB的系统分析与设计，西安电子科技大学出版社，2000
[44] 周龙才等，满足流量要求的轴流泵站的实时优化调度，中国农村水利水电，1998(12)
[45] 马文正，丘传忻等，泵站运行的优化调度，水利学报，1993(3)
[46] 张德虎等，大型泵站变频调速运行技术及节能分析，能源研究与应用，2001(6)
[47] 徐辉等，大型污水泵站调速机组优化运行分析，河海大学学报，1998(1)
[48] 穆桂萍，计算机调度与控制在泵站排水系统中的应用，测控技术与设备，2001
[49] 任国樑，泵变频调速节能的理论分析及应用，计算技术与自动化，1994，13(4)
[50] 汪亚超，泵站多型号水泵机组运行的优化调度，中国农村水利水电，1997(4)
[51] 张文渊，泵站经济运行自动控制系统简介，灌排机械，2001(3)
[52] A.von Jouance, P.Enjeti,W.Gray. Application issues for PWM adjustable speed at motor drives. IEEE Industry Applications Magazine, Noverber/Deceber 1999
[53] Dudi A Rendusara, Prasad N Enjeti. An improved inverter output filter configuration reduces common and differential modes dv/dt at the motor terminals in PWM drive systems.IEEE Transactions on Power Electronic,1998,13(6)
[54] Yilmaz Sozer, David A Torey, Suhan Reva. New inverter filter topology for PWM motor drives. APEC2000, 15th Annual IEEE ,2000,2
[55] Noboru Aoki, Kenichi Satoh, Akira Nabae.Damping circuit to suppress motor terminal overvoltage and ringing in PWM inverter-feed AC motor drive systems with long leads.IEEE Tansactions on Industry Applications,1999,35(5)
[56] Where to Look for Pump Savings, Power, 1978.3
[57] G. O. Thomas, Determination of Pump Characteristic for a Computerized Transient Analysis Proc. 1st Int. Conf. Pressure Surges September 1972
[58] AI Choisolm, OPC Solves the I/O Driver Problem, Control Engineering, 1998 Jul, Vol.45, NO .7
[59] D.M.Brod, D.M.Novotny, Current Control of VSI-PWM Inverter. IEEE Transactions, on Industry Application .1985,5/6.
[60] T.G.Habetler, D.M.Divan. Control strategies for Direct Torque Control Using Discrete Pulse Modulation. IEEE trans,on Industry Application.1985,5/6
[61] Kevin E. Lansey and Kofi Awumah, Optimal Pump Operations Considering Pump Switches, Journal of Water Resources Planning & Management,1994.1
[2] 李继珊，泵站测试技术，水利电力出版杜，1987
[3] 丘传忻，泵站节能技术，水利电力出版社，1985
[4] 丘传忻，泵站工程，武汉大学出版社，2001
[5] 刘竹溪，水泵及水泵站，水利电力出版社，1986
[6] 刘景植、刘梅清，Pumps and Pumping Stations，武汉水利电力大学出版社，2000
[7] 潘咸昂，泵站辅助设备及自动化，水利电力出版社，1989
[8] 日本农业土木事业协会，丘传忻等译，泵站工程技术手册，中国农业出版杜，1998
[9] 吴民强，泵与风机节能技术，水利电力出版社，1994
[10] 郭立君，泵与风机，水利电力出版社，1986
[11] 中国电工技术学会等，风机水泵交流调速节能技术，机械工业出版社，1990
[12] 上海市经委节能办公室等，风机水泵调速节能手册，机械工业出版社，1987
[13]李发海、王岩，电机与拖动基础，清华大学出版社，1994
[14] 顾绳谷，电机及拖动基础．上册，机械工业出版社，1980
[15]顾绳谷，电机及拖动基础．下册，机械工业出版社，1981
[16]曹承志，电机、拖动与控制，机械工业出版社，2000
[17] 王兆安、黄俊，电力电子技术，机械工业出版社，2001
[18] 莫正康，晶闸管变流技术，机械工业出版社，1985
[19] 林木生、邵丙衡，电力半导体变流技术，中国铁道出版社，1987
[20] 赵殿甲，可控硅电路，冶金工业出版社，1986
[21] 吴竞昌等，电力系统谐波，水利电力出版社，1988
[22] 宋文南、刘宝仁，电力系统谐波分析，北京大学出版社，1995
[23] 吴竞昌，供电系统谐波，中国电力出版社，1998
[24] 许克明等，电力系统高次谐波，重庆大学出版社，1991
[25] 陈伯时，电力拖动自动控制系统(第二版)，机械工业出版社，1992
[26] 李正熙，电力拖动自动控制系统，冶金工业出版社，1997
[27] 邱阿瑞，交流电力拖动及应用，人民邮电出版社，2000
[28] 张立，可关断可控硅及其应用，人民邮电出版社，1982
[29] 陈国呈，PWM变频调速及软开关电力变换技术，机械工业出版社，2001
[30] 陈国呈，PWM变频调速技术，机械工业出版社，1998
[31] 张燕宾，SPWM变频调速应用技术，机械工业出版社，1997
[32] 同济大学，给水工程，中国建筑工业出版社，1980
[33] 武汉水利电力大学，机电排灌设计手册，1977
[34] 中国市政工程中南设计院，给水排水设计手册．第8册．电气与控制，中国建筑工业出版社，1986
[35] 中国市政工程中南设计院，给水排水设计手册。第11册．常用设备，
中国建筑工业出版社，1986
[36] 郑学坚、周斌，微型计算机原理及应用(第二版)，清华大学出版社，1995
[37] 刘乐善，叶济忠，叶永坚，微型计算机接口技术原理及应用，华中理工大学出版社，1996
[38] 闵华清，8098单片机原理与应用系统设计，华东理工大学出版社，1995
[39] 赖寿宏，微型计算机控制技术，机械工业出版社，2000
[40] 袁本恕，计算机控制系统，中国科学技术大学出版社，1988
[41] 张志涌，精通MATLAB6.5版，北京航空航天大学出版社，2003
[42] 刘宏友，MATLAB6.X符号运算及其应用，机械工业出版社，2003
[43] 楼顺天、于卫，基于MATLAB的系统分析与设计，西安电子科技大学出版社，2000
[44] 周龙才等，满足流量要求的轴流泵站的实时优化调度，中国农村水利水电，1998(12)
[45] 马文正，丘传忻等，泵站运行的优化调度，水利学报，1993(3)
[46] 张德虎等，大型泵站变频调速运行技术及节能分析，能源研究与应用，2001(6)
[47] 徐辉等，大型污水泵站调速机组优化运行分析，河海大学学报，1998(1)
[48] 穆桂萍，计算机调度与控制在泵站排水系统中的应用，测控技术与设备，2001
[49] 任国樑，泵变频调速节能的理论分析及应用，计算技术与自动化，1994，13(4)
[50] 汪亚超，泵站多型号水泵机组运行的优化调度，中国农村水利水电，1997(4)
[51] 张文渊，泵站经济运行自动控制系统简介，灌排机械，2001(3)
[52] A.von Jouance, P.Enjeti,W.Gray. Application issues for PWM adjustable speed at motor drives. IEEE Industry Applications Magazine, Noverber/Deceber 1999
[53] Dudi A Rendusara, Prasad N Enjeti. An improved inverter output filter configuration reduces common and differential modes dv/dt at the motor terminals in PWM drive systems.IEEE Transactions on Power Electronic,1998,13(6)
[54] Yilmaz Sozer, David A Torey, Suhan Reva. New inverter filter topology for PWM motor drives. APEC2000, 15th Annual IEEE ,2000,2
[55] Noboru Aoki, Kenichi Satoh, Akira Nabae.Damping circuit to suppress motor terminal overvoltage and ringing in PWM inverter-feed AC motor drive systems with long leads.IEEE Tansactions on Industry Applications,1999,35(5)
[56] Where to Look for Pump Savings, Power, 1978.3
[57] G. O. Thomas, Determination of Pump Characteristic for a Computerized Transient Analysis Proc. 1st Int. Conf. Pressure Surges September 1972
[58] AI Choisolm, OPC Solves the I/O Driver Problem, Control Engineering, 1998 Jul, Vol.45, NO .7
[59] D.M.Brod, D.M.Novotny, Current Control of VSI-PWM Inverter. IEEE Transactions, on Industry Application .1985,5/6.
[60] T.G.Habetler, D.M.Divan. Control strategies for Direct Torque Control Using Discrete Pulse Modulation. IEEE trans,on Industry Application.1985,5/6
[61] Kevin E. Lansey and Kofi Awumah, Optimal Pump Operations Considering Pump Switches, Journal of Water Resources Planning & Management,1994.1
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