時(shí)間:2016-05-16 10:03:15來源:深圳市英威騰電氣股份有限公司
1.概述
隨著電力技術(shù)的發(fā)展和變頻調(diào)速技術(shù)的完善,以變頻調(diào)速為核心技術(shù)的智能供水控制已經(jīng)取代了以前的多泵開關(guān)和閥門調(diào)節(jié)供水方式。變頻率調(diào)速起動(dòng)電流可限定在額定電流范圍內(nèi),從而避免在起動(dòng)時(shí)對(duì)電網(wǎng)的任何影響。水泵啟動(dòng)平穩(wěn),正常操作中的平均速度降低,從而延長水泵、閥等設(shè)備的使用壽命。同時(shí),可以消除啟動(dòng)和停機(jī)時(shí)的水錘效應(yīng)。變頻器的性能穩(wěn)定,操作簡單,功能也得到提升,使供水系統(tǒng)節(jié)省能源、水和勞動(dòng)力,最終達(dá)到高效運(yùn)行的目的。
2.應(yīng)用
加里寧格勒水廠主要負(fù)責(zé)加里寧格勒三大區(qū)的供水,共有三個(gè)供水站:1#泵站,2#泵站和3#泵站。每個(gè)水站有幾個(gè)泵組成,采用主干管供水。頻率轉(zhuǎn)換前,為了滿足各區(qū)的供水和水壓,通過多個(gè)泵開關(guān)和閥門進(jìn)行調(diào)節(jié);每天水泵的啟停次數(shù)要求更加頻繁;現(xiàn)場操作極為不便;水壓力難以恒定保持。由于水泵常常在工作頻率直接啟動(dòng),會(huì)受到較大影響,??以致水泵和軸承需要頻繁維修。2009年,我們公司的技術(shù)人員測試現(xiàn)場實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)。根據(jù)這些運(yùn)行參數(shù),我們主張為每個(gè)水站加裝變頻器;變頻器的PID功能使得供水系統(tǒng)進(jìn)行恒壓供水。2010年,我們?cè)诠┧具M(jìn)行了頻率改進(jìn),解決頻繁啟停和高壓波動(dòng)的問題。現(xiàn)在,操作簡單,并且該系統(tǒng)投入運(yùn)行后,節(jié)能效果顯著。
3.恒壓供水的原理
在實(shí)際工程中,最廣泛使用的調(diào)節(jié)器控制的原理是比例控制、積分控制和差分控制,簡稱為PID控制,也被稱為PID調(diào)節(jié)。PID控制器,結(jié)構(gòu)簡單,性能穩(wěn)定,操作可靠,調(diào)節(jié)方便,已成為工業(yè)控制重大技術(shù)之一。當(dāng)控制對(duì)象的結(jié)構(gòu)和參數(shù)不能完全掌控,精確的數(shù)學(xué)模型無法找到,或者控制理論的其它技術(shù)難以運(yùn)用時(shí),該系統(tǒng)控制器的結(jié)構(gòu)和參數(shù)必須通過經(jīng)驗(yàn)和現(xiàn)場試車來確定,最方便的就是應(yīng)用PID控制技術(shù)。通過按比例、積分和差分計(jì)算出的控制量來加以控制。
(1)比例(P)控制
比例控制是最簡單的控制方法??刂破鞯妮敵龊洼斎胫g的誤差信號(hào)是相稱的。如果僅有一個(gè)比例控制,那么系統(tǒng)輸出則顯示一個(gè)穩(wěn)態(tài)誤差。
(2)積分(I)控制
在積分控制中,控制器的輸出和輸入之間的誤差信號(hào)積分是相稱的。如果一個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)在進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后顯示一個(gè)穩(wěn)態(tài)誤差,那么該控制系統(tǒng)則被認(rèn)為是帶有穩(wěn)態(tài)誤差或誤差。為了消除穩(wěn)態(tài)誤差,控制器必須引入“積分期”。該誤差的積分期取決于時(shí)間積分。隨著時(shí)間的增加,積分期也將增加。因此,即使誤差較小,積分期也將隨著時(shí)間的增加而增加。促使控制器輸出增加,同時(shí)減小穩(wěn)態(tài)誤差,直至為零。當(dāng)系統(tǒng)進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)后,比例+積分(PI)控制器即會(huì)消除穩(wěn)態(tài)誤差。
(3)差分(D)控制
在差分控制中,控制器的輸出和輸入之間的誤差信號(hào)(即誤差變化率)的差分是相稱的。自動(dòng)控制系統(tǒng)解決了在誤差校正處理中可能發(fā)生的振蕩不穩(wěn)定。理由是,有相對(duì)比較大的慣性模塊(相連)或滯后模塊,具有誤差抑制效果,其變動(dòng)總是落后于誤差的變化。解決的辦法是“提前”抑制誤差變化;即,當(dāng)誤差接近于零時(shí),誤差抑制效果應(yīng)為零。這意味著,只引入“比例”期往往是不夠的,因?yàn)楸壤诘男Ч莾H擴(kuò)增誤差幅度?,F(xiàn)在需要增加“差分期”,它可以預(yù)測誤差變化趨勢。所以比例+差分控制器可以把誤差抑制控制效果提前為零或負(fù)數(shù),從而避免控制量的嚴(yán)重過載。對(duì)于大慣性或滯后被控對(duì)象,比例+差分(PD)控制器能改善系統(tǒng)調(diào)節(jié)過程中的動(dòng)態(tài)特性。
為了保持該系統(tǒng)的一致控制量,請(qǐng)?jiān)诳刂屏康奈恢冒惭b傳感器作為反饋元件。它會(huì)向控制器反饋控制量信號(hào);控制器會(huì)對(duì)比反饋信號(hào)與給定信號(hào),計(jì)算出調(diào)節(jié)量,從而控制受控對(duì)象,所以控制量總是保持在一定的范圍內(nèi)。閉環(huán)控制圖如下:
閉環(huán)控制圖
4. 設(shè)備選型和系統(tǒng)配置
基于參數(shù)和現(xiàn)場設(shè)備的工藝要求,結(jié)合我們公司CHH100系列高壓變頻器的功能特點(diǎn),我們公司的技術(shù)人員給三個(gè)水泵站安裝了兩臺(tái)6kV/500kW高壓變頻器和一臺(tái)6kV/250kW高壓變頻器。主要技術(shù)參數(shù)如下:
根據(jù)現(xiàn)場條件,三臺(tái)CHH100系列高壓變頻器安裝在同一個(gè)房間。每臺(tái)變頻器控制三個(gè)泵站的一個(gè)電機(jī)的頻率。變頻器和現(xiàn)場電機(jī)的安裝請(qǐng)見下圖:
CHH100系列高壓變頻器具有內(nèi)置PID功能,操作靈活??刂七B接可采取多種模式,包括線連模式和通信模式。根據(jù)項(xiàng)目現(xiàn)場的實(shí)際情況,選擇了線連模式;變頻器通過操作柱遠(yuǎn)程控制;系統(tǒng)的閉環(huán)和開環(huán)運(yùn)行可以通過控制面板來選擇。變頻器控制界面和遠(yuǎn)程操作柱請(qǐng)見下圖:
根據(jù)現(xiàn)場泵的特性和用戶的用水量的變化,結(jié)合CHH100系列高壓變頻器的功能特性,現(xiàn)場變頻器的PID相關(guān)參數(shù)設(shè)置如下:
5.節(jié)能效果
變頻器于2010年4月5日安裝完畢。按照現(xiàn)場生產(chǎn)要求,于4月8日對(duì)變頻器進(jìn)行了試車并投入使用,4月11日 - 4月13日對(duì)水泵進(jìn)行了電力節(jié)能測試。測試數(shù)據(jù)如下:
1) 1#供水站水泵:
根據(jù)電表的實(shí)際讀數(shù)和兩天內(nèi)的電網(wǎng)頻率和可變頻率模式下的耗電量,可以計(jì)算出該系統(tǒng)的節(jié)能情況。變頻改造后,1#供水站的綜合節(jié)能情況是:
每天節(jié)約電量 = 11160 - 8400 kWH = 2760 kWH
節(jié)電率= (11160 - 8400)/21720 ×100% = 24.73%
2) 2#供水站水泵:
根據(jù)電表的實(shí)際讀數(shù)和兩天內(nèi)的電網(wǎng)頻率和可變頻率模式下的耗電量,可以計(jì)算出該系統(tǒng)的節(jié)能情況。變頻改造后,2#供水站的綜合節(jié)能情況是:
每天節(jié)約電量= 9360 - 6840 kWH = 2520 kWH
節(jié)電率= (9360 - 6840)/9360 ×100% = 26.92%
3) 3#供水站水泵:
根據(jù)電表的實(shí)際讀數(shù)和兩天內(nèi)的電網(wǎng)頻率和可變頻率模式下的耗電量,可以計(jì)算出該系統(tǒng)的節(jié)能情況。變頻改造后,3#供水站的綜合節(jié)能情況是:
每天節(jié)約電量= 5280 - 3720 kWH = 1560 kWH
節(jié)電率= (5280 - 3720)/5280 ×100% = 29.55%
6.變頻的優(yōu)勢
1)功率因數(shù)增加:當(dāng)原始電機(jī)直接以電網(wǎng)頻率運(yùn)行時(shí),滿載的功率因數(shù)約為0.84。而變頻系統(tǒng),在電源側(cè)的功率因數(shù)可提高到0.95,并且能夠滿足在沒有無功功率補(bǔ)償裝置情況下的電網(wǎng)要求。這進(jìn)一步節(jié)約了上游設(shè)備的運(yùn)行成本。
2)系統(tǒng)節(jié)能效果顯著:變頻器改進(jìn)后,在滿足用戶要求的前提下,可設(shè)置一定的壓力來降低電機(jī)的耗電量。根據(jù)實(shí)際測試,泵站水泵的節(jié)電率達(dá)到24%以上。
3)設(shè)備操作簡單:變頻器改進(jìn)并設(shè)置壓力后,操作簡單靈活,并能避免水泵的反復(fù)啟停。減少了對(duì)馬達(dá)和泵的影響,并且可以遠(yuǎn)程監(jiān)控。
4)恒壓主管:通過遠(yuǎn)程給定的壓力,該變頻器的輸出頻率可自動(dòng)調(diào)節(jié),以保持恒定的壓力。減少了主管中的壓力波動(dòng),防止了管網(wǎng)上啟動(dòng)頻率的影響,避免了管網(wǎng)壓力超限,并提高了供水質(zhì)量。
5)設(shè)備維護(hù)成本降低:變頻器改進(jìn)后,啟動(dòng)順暢,降低了對(duì)電機(jī)軸承的影響。在正常運(yùn)行期間,大部分時(shí)間頻率在50Hz以下。減少了對(duì)機(jī)械系統(tǒng)的磨損,從而減少了對(duì)設(shè)備的維護(hù);同時(shí)也延長了設(shè)備的使用壽命。
關(guān)于英威騰:
英威騰,成立于2002年,致力于成為全球領(lǐng)先、受人尊敬的工業(yè)自動(dòng)化和能源電力領(lǐng)域的產(chǎn)品與服務(wù)提供者,2010年在深交所A股上市,股票代碼:002334。英威騰是國家火炬計(jì)劃重點(diǎn)高新技術(shù)企業(yè),目前擁有15家控股子公司,分駐于全國的12大研發(fā)中心,申請(qǐng)各類專利700多件,依托于電力電子、電氣傳動(dòng)、自動(dòng)控制、信息技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù),主要產(chǎn)品涵括高中低壓變頻器、電梯智能控制系統(tǒng)、伺服系統(tǒng)、PLC、HMI、SVG、UPS、電機(jī)和電主軸、光伏逆變器、節(jié)能減排在線管理系統(tǒng)、軌道交通牽引系統(tǒng)、新能源汽車電控系統(tǒng)等。英威騰現(xiàn)有員工2000多人,大型生產(chǎn)基地3個(gè),營銷網(wǎng)絡(luò)遍布國內(nèi)及海外60多個(gè)國家和地區(qū)。
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