关于并联变频水泵的优化运行策略分析

上节各NO0520161并联变频水泵运行特性模型建立根据水泵运行特性，我们认为水泵扬程、水泵效率与流量呈二次方关系，当水泵处于变频调速工况(转速比<1)时，水泵对应扬程、效率及功率的计算模型：aIG；+a2mG~+a3o#(1)rip=612+Gp+63(2)：—10H—pGp(3)=——(3)qprlMrlvm式中，一水泵扬程，m；G一水泵总流量；m3／h叩水泵效率，％；77M一电机效率，％；w。一变频器效率，％；al、a2、a3、b1、b2、b3为水泵性能常数，由样本数据或者实测数据拟合得到。对于多台并联水泵，暖通空调水系统一般选择同型号水泵。并且文献【4]通过分析得出结论：对应相同型号的，z台并联变频水泵同时运行，其总能耗最小的必要条件是／7台并联水泵的转速比均相同。故可以得到台水泵并联运行的数学模型：导导+63(5)由上述分析可知，在多台并联变频水泵运行过程中，只要通过监测系统得到系统总流量Gn、水泵运行台数、水泵转速比(通过监测电源频率转化)，便可以求出当前工况下水泵运行效率卵pO2并联变频水泵运行高效区分析根据流体力学理论知识，水泵变频过程中满足相似定律的条件是系统管网特性曲线保持一致，此时，水泵变频运行前后的效率叩。保持不变。即07oI嗣重翌匿萎垦丽‘_‘-JENERGYCONSERVATIONTECHNOLOGIESANDPRODUCTS每条固定工况的管网特性曲线都对应着一条等效率线，水泵运行工况点在同一条等效率曲线上时，任一点的水泵效率均相同。因此，变频水泵的等效率曲线与管网系统阻力特性曲线方程形式一致，表示为：日=C-G(6)式中，c一比例系数，为常数。变频水泵的高效区间指该水泵运行稳定，且运行效率比较较高的区域(流量范围)。若设备厂家没有提供变频水泵运行时的高效流量区间，可以认为水泵最高效率的90％～95％以上的区域为高效流量区间。设叼⋯为高效区间范围内的最低效率值，该效率值的等效率曲线为S和S，其中s范围为0．90～0．95。同时，变频水泵在实际运行过程中为了保证其运行稳定，存在最小转速比当转速比低于最小转速比时，水泵效率会急剧下降。因此单台水泵高效流量区间的范围可确定为S、、S、额定转速。时水泵特性曲线以及最小转速比j时水泵特性曲线所围成的闭合区域(阴影部分)，如图1所示。Q图1变频水泵高效区间示意图对于多台并联变频水泵，根据数学模型，就可在同一坐标系做出多台同型号并联水泵实际变频运行时的高效流量区间。本文对格兰富水泵(上海)有限公司生产的KP8015．3／4型号变频水泵进行建模计算，以3台为例，每台该型号变频泵的额定流量为560m3／h，额定扬程为35m，最高效率为88％。根据实际情况取j=0．6，根据样本黄丝雨，等关于并联变频水泵的优化运行策略分析上届节各E得到所需参数，最终得到三台同型号并联水泵变频运行高效流量区间如图2阴影部分所示。图2中，S和si分别对应前文提到的r／图中取0．9，最低转速比设为0．6。可以看出：1)三台同型号变频水泵并联运行时，调节过程中有3个流量高效区间，分别对应图中一台水泵单独工作时的高效区间(红色阴影区域)、2台水泵同时工作时的高效区间(蓝色阴影区域)以及3台水泵同时工作时的高效区间(黑色阴影区域)：2)3个高效流量区间均有部分是相互重合的，即在重合部分的工况下，不同运行数量的水泵经变频调节均可达到高效运行的目的；3)在高效区间重叠区域，虽然船台或者rl+1台水泵运行都能实现高效率运行，然而和'7有大小之分，不同的台数运行水泵消耗功率不同。3冷冻水系统并联水泵优化控制策略分析多台变频水泵并联优化运行策略，做一下假设：(1)最低转速比设为0．6，当>0．6，转速比变化幅度较小时，电动机效率和变频器效率可认为是不变的，即忽略叼M和叼、，。对总功率的影响；(2)忽略台数切换时整个冷冻水管网阻力系数的变化。由于在台数切换时仅水泵并联处的阻力系数有所变化，而且绝大部分阻力降消耗在末端设备上，故可近似认为台数切换后系统所需流量G口和压头均保持不变。在以上两个假设的前提下，对当前m台变频水泵运行时进行台数优化。除了当前水泵运行台数，还需要通过BA监测系统得到当前冷冻水系统冷水总流量、水泵两端总压头以及每台水泵运行转速比。根据式(5)便可求出当前台水泵转速最优时每台水泵的效率。同时，由于切换台数后系统所需流量Go和压头日n均保持不变，我们对式(4)和(5)进行联立计算，便可以得到(一1)或者(+1)台冷冻水泵运行时的转速比m-l+水泵效率叩小叼+lO根据以上分析，便可以总结出适合应用于多台同型号冷冻水泵并联运行时，在定供回水干管压差情况下的在线优化控制策略，如图3所示。该控制策略包括水泵转速优化和水泵运行台数优化两部分。其中监测点包括当前水泵运行台数m、供回水干管压差△P、系统总流量