變頻器節(jié)能的意義和措施研究

彭海洪

摘要：研究表明，全國近20.9% 的電力需求是由泵系統(tǒng)消耗的。1970年代，一些研究人員提出用變頻器來調(diào)節(jié)泵的運行，使泵的運行效率得到明顯的提高。然而，采用一種變頻方案的多型泵配置仍然存在一個問題： 它應該作為變速泵運行。如果在變速泵中采用大泵，則系統(tǒng)可以達到最大運行能力，如果選用小泵作為變速泵，則可以在精細運行過程中達到較高的運行效率。因此，如果變速泵可以在大型泵和小型泵之間切換，將是一種理想的方式。本文對相關(guān)技術(shù)進行了研究。

關(guān)鍵詞：變頻器節(jié)能;技術(shù)研究;措施分析

中圖分類號：TM921?? 文獻標識碼：A?? 文章編號：1672-9129（2020）11-0036-01

1 變頻器節(jié)能技術(shù)概述

變頻器控制策略是水泵節(jié)能運行的關(guān)鍵，應根據(jù)目前的系統(tǒng)配置和系統(tǒng)要求制定，但實際情況并非如此。為此，研究了泵系統(tǒng)要求和變頻組合泵的特性，并建立了數(shù)學模型。在此基礎(chǔ)上，建立了基于當前系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)要求的變頻器最優(yōu)控制策略模型，并提出了黃金分割搜索和遺傳算法相結(jié)合的方法求解該最優(yōu)控制模型。該模型建立了一個最優(yōu)逆變控制策略，以提高泵的運行效率，跟蹤過程線接近最小要求，以改善運行條件?？刂坡傻膶嵤╇y度也有所降低。最后，將優(yōu)化模型應用于工業(yè)循環(huán)水泵系統(tǒng)，結(jié)果表明，該模型不僅可以確定最優(yōu)的變頻控制策略，而且可以評價泵配置的運行現(xiàn)狀，確定電流配置的節(jié)能潛力，有助于后續(xù)的節(jié)能改造。

變頻器控制泵的運行，主要控制泵的運行速度，具體的運行原理和節(jié)能方法如下： 在泵、閥、管道系統(tǒng)中，泵克服管道系統(tǒng)阻力，輸出水或其他介質(zhì)。在沒有變頻器控制的管道系統(tǒng)中，泵的流量由出口閥門調(diào)節(jié)，泵必須克服閥門和管道形成的阻力，而不受閥門的影響，從而降低管道系統(tǒng)對泵揚程的要求。此時，如果需要改變泵的流量，可以調(diào)整泵的轉(zhuǎn)速，使泵揚程與管路系統(tǒng)的阻力相匹配。

2 變頻器節(jié)能技術(shù)研究

2.1水泵泵組模型的設計。根據(jù)系統(tǒng)特性與運行中所有泵的綜合特性的交點，推導出各泵的運行點。在并聯(lián)運行時，每個單元都必須對著系統(tǒng)施加的相同壓差泵水。這樣，將所有運行泵在恒揚程下的流量相加，就得到了泵的綜合特性。

多泵并聯(lián)組合的優(yōu)點是靈活、冗余和能夠滿足系統(tǒng)中不斷變化的流量需求效率。特別是，可調(diào)速驅(qū)動器往往是更有效的可變需求的要求。因此，配備變頻器的配置在工程實踐中很常見。多逆變法可以保證泵在高效區(qū)運行，覆蓋了系統(tǒng)的主要工作范圍，從節(jié)能角度看，兩種配置方法都是可行的。與單個仰拱相比，高效區(qū)域擴大。但是高效區(qū)域的重疊面積明顯增加，這意味著可選優(yōu)化調(diào)度方案更多。因此，優(yōu)化后的方案更加優(yōu)越。顯然，采用單逆變控制的多型泵較大的泵配置方案可以取得良好的節(jié)能效果。高效區(qū)的配置比同型泵多變頻器更能覆蓋更多的區(qū)域功。結(jié)果表明，與同類型泵相比，多型泵在不同時段具有較大的流量和揚程范圍，更適合于工業(yè)生產(chǎn)的需要。然而，高效重疊區(qū)域較小，這意味著調(diào)度方案的選擇可能較少，其優(yōu)化可能是調(diào)節(jié)能力相對較低的結(jié)果。即便如此，對于低初始投資而言，這仍然是一個成本效益高的配置方案。如果采用單逆變控制小泵配置方案，由于調(diào)節(jié)能力差，與其他方案相比，高效面積特別小，但也清楚地表明，它可以在精細運行區(qū)域?qū)崿F(xiàn)高效率，從而比其他方案具有更大的節(jié)能能力。

單逆變控制的多型泵采用同步開關(guān)控制。高效區(qū)域的配置幾乎可以覆蓋工作區(qū)域，正如單逆變控制的多型泵配置方案較大，但高效區(qū)域的重疊區(qū)域顯著增加，這意味著可選優(yōu)化調(diào)度方案較多。因此，優(yōu)化后的配置方案更為優(yōu)越，初始投資與小泵單逆變方案基本相同，可能是最經(jīng)濟有效的配置方案。

2.2同步開關(guān)控制技術(shù)硬件系統(tǒng)的設計。當水泵系統(tǒng)只裝有一臺變頻器，并且需要變頻器能夠?qū)崟r自由切換不同水泵時，系統(tǒng)必須遵守以下規(guī)則。首先，根據(jù)調(diào)度模型的要求，變頻器可以實現(xiàn)對相關(guān)泵的控制。其次，要克服開關(guān)內(nèi)工作變頻電源直接對設備產(chǎn)生沖擊電流而造成的損壞。要解決這些問題，需要完成以下工作。電路原理圖可以根據(jù)調(diào)度模型實現(xiàn)邏輯控制。當泵 M1需要逆變控制時，主電路接觸器 K2l 首先關(guān)閉吸入，然后變頻器開始控制 M1。當 M1電機加速到額定轉(zhuǎn)速時，同步開關(guān)模式控制通過關(guān)閉旁路操作接觸器 K11抽吸，一段時間后斷開主電路接觸器 K21，然后將 M1電機切換到工頻運行。變頻器可以用于其他的電機控制。當需要停止電機 M 1時，K11斷開，K21同時關(guān)閉，然后由變頻器控制M 1直到轉(zhuǎn)速幾乎為零。

與可編程控制繼電器、電路接觸器和一些控制器易于實現(xiàn)的邏輯控制電路相比，逆變電源與電源之間的同步開關(guān)控制更難解決。本文采用同步相環(huán)控制電路實現(xiàn)逆變電源和電源的同步開關(guān)，該循環(huán)結(jié)構(gòu)由相位解調(diào)環(huán)組成，消除了相位同步、幅值（電壓）鑒頻器、頻率檢測器和門電路引起的電流浪涌。在工作過程中，檢測出頻率、幅值、相位與外部電源一致，即可實現(xiàn)開關(guān)操作。

2.3軟件系統(tǒng)設計。同時，在現(xiàn)有的優(yōu)化調(diào)度模型中，定速泵和變速泵之間不切換，也不顯示切換技術(shù)，因此相關(guān)調(diào)度模型可以實現(xiàn)變速泵和定速泵之間的切換，當系統(tǒng)中的所有泵都可以逆變控制時，每個泵都有機會成為變速泵，這將使調(diào)度模型的數(shù)量和泵的數(shù)量一樣多，從而給求解帶來困難。由于同類泵具有相同的特性，因此可以根據(jù)泵類型的數(shù)目建立調(diào)度模型。所以在軟件系統(tǒng)設計的過程中首先建立了以各類泵為變速泵的最小軸功率調(diào)度模型組。然后通過求解模型組得到最佳節(jié)能運行狀態(tài)，根據(jù)控制方案實施的難易程度，在能耗最小的要求下，選擇最佳控制方案。最后將控制方案發(fā)送到控制中心進行實現(xiàn)。

3 結(jié)語

變頻器在水泵上的應用具有明顯的效益和優(yōu)勢。無論水泵大小，都能實現(xiàn)節(jié)能處理，控制水泵的運行費用。目前，變頻器的技術(shù)水平在不斷提高，成本也在不斷降低，使用變頻器所取得的節(jié)能效益逐漸增加，發(fā)展前景也更加廣闊。

參考文獻：

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