面向系统节能的智能供水泵组自适应控制技术研究

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离心泵并联组成的供水泵组广泛应用于生活、工业等各个领域。目前,供水泵组普遍采用恒压控制模式,通过变频调速方式维持设备出口的压力恒定。由于常用的恒压运行模式未能兼顾管路需求变化,使得泵组供给压力常大于需求压力,造成能量冗余的同时,也使离心泵偏工况运行,降低机组效率,且影响设备寿命及运行可靠性。因此,本文提出面向系统节能的并联供水泵组自适应控制技术,通过构建管网需求匹配控制和流量推测模型,并设计以泵可靠度及能耗最小化为目标的优化控制方法,实现泵组节能可靠运行。本文主要研究内容如下:(1)建立与管网系统需求相匹配的并联泵组变压控制模型,高精度的泵组流量实时推测模型以及参数自适应的改进型PID算法,实现了并联泵组的智能变压控制。(2)提出了以泵组功率-流量实时预测和工况偏离度(高效区)约束为依据的泵组能效控制方法,通过投入运行泵选择与转速匹配,解决离心泵偏工况运行问题,在全工况范围内实现泵组的高效高可靠性运行。(3)开发了 PLC与变频器相结合的供水泵组控制系统,以及基于自适应变压控制与能效优化算法的智能供水泵组控制软件,并在模拟楼宇测试评估系统上完成节能控制效果的试验验证。(4)基于CFD数值模拟完成了供水泵组监测点位置优化与动态特性研究,从控制准确性和系统稳定性角度,为供水泵组结构设计提供改进依据,确定目标梯级泵组的最佳启动时间和增泵策略。本文针对智能供水泵组提出的自适应变压控制与能效优化技术,通过构建泵组性能与管网需求匹配模型与无流量计下的流量推测模型,结合以功耗最小、高效约束为准则的能效优化控制策略,以自适应PID控制方法作为稳压控制手段,并辅以数值模拟得到的稳定性改进依据,实现了面向系统节能的并联泵组自适应控制。设计和搭建了模拟楼宇测试评估系统对控制程序进行试验验证。结果表明,本文提出的泵组相比恒压供水泵组具有更智能、更通用及更节能的特点,平均节能效果达到12.96%,最大可达28.31%。此外,本文研究可为梯级泵组选型、转速分配及工况优化提供技术支撑,在变压控制快速响应的同时保证供水稳定性。
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