一种高效变频恒压供水系统的控制方法

摘要

本发明提供了一种高效变频恒压供水系统的控制方法，包括：建立输出功率、频率扰动量和水压变化量之间的数学模型及约束条件，形成供水系统输出功率在线检测需要的数学模型；在稳态工况下进行频率小信号扰动，设定轴输出功率的初始值，根据输出功率数学模型迭代计算出稳态时轴输出功率，根据轴输出功率的值自动选择不同功率的水泵电机工作。本发明可确保系统高效运行，从而显著提高变频恒压供水系统的工作效率。本发明可有效保护电机和变频器低频运行引起的效率低下故障，提高系统的寿命和可靠性，为水泵电机安全、高效运行提供可靠保证。

主权项

1.一种高效变频恒压供水系统的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：（1）以采样周期Ts为间隔对供水系统管网的水压值进行采样，将第一次采样值标记为p(1)；标记当前采样次数为k；定义压力误差e(k)=P_set-p(k)；其中，e(i)|_i<=0=0；P_set为预先设定的水压值；p(k)为采样次数为k时的压力值，f(k)为采样次数为k时逆变电路的输出频率值；f(i)|_i<=0=0；令k=1；（2）由恒压PID控制算法求出t=kT_s时刻逆变电路的输出频率值f(k)=f(k-1)+K_pe(k)+K_ie(k-1)+K_pe(k-2)；其中，e(k-1)、f(k-1)分别为t=(k-1)T_s时刻的压力误差和逆变电路的输出频率；e(k-2)为t=(k-2)T_s时刻的压力误差；K_p、K_i和K_d分别为预先设定的PID算法中的比例系数、积分系数和微分系数；更新变量，令e(k-2)=e(k-1)，e(k-1)=e(k)，f(k-1)=f(k)；（3）建立由M个元素构成的水压值数组{p(ψ)}和逆变电路的输出频率数组{f(ψ)}；其中ψ={k-M+1,k-M+2,...k}，M为预先设定的大于1的正整数；p(ψ)|_ψ<=0=0，f(ψ)|_ψ<=0=0；（4）判断供水系统是否处于稳定恒压供水状态，如果是，进入步骤（5）；否则，进入步骤(6)；（5）求解逆变电路输出频率的平均值进入步骤(8)；（6）判断是否满足如果是，转入步骤（14）；否则，进入步骤(7)；（7）控制当前运行的水泵电机M_j停止运行，同时控制功率大一级的水泵电机M_j+1工作，转入步骤（14）；（8）标记当前时刻为t=0时刻，给输出频率一个固定的任意扰动□F；（9）定义为t=mT_s时刻轴输出功率估计值，其中m=1,2,…,N，T_d为预先定义的观测时间长度；令m=1，e1(0)=0，e1′(0)=0，其中为任意设定的轴输出功率的估计值的初始值；（10）判断mT_s>T_d是否成立，如果成立，则转入步骤（14）；否则，在t=mT_s时刻，采样管网压力值p(m)；得到□p(m)=p(m)-P_set；（11）判断是否成立，如果不成立，则转入步骤（14）；否则，将估计值及P_set、□F、T_b、ρ、g、P_b、V_b、T和t=mT_s代入公式求解得出□p^g(m)；其中，P_b为供水系统气压罐额定压力值,V_b为供水系统气压罐气室额定体积,T_b为供水系统气压罐额定温度；T为环境温度，ρ为液体密度；g为重力加速度；（12）分别求出e1(m)=□p(m)-□p^g(m)和判断是否满足|e1(m)|<ε₁，其中ε₁为预先设定的正数；如果是，则进入步骤(13)；否则，更新变量和估计值，令m=m+1;$P_{\mathrm{out}}^g\left[m\right]=P_{\mathrm{out}}^g[m-1]-{e1}^{\prime }(m-1)e1(m-1),$返回步骤(10)；（13）令计算实际流量判断Q_out<=Q_min是否满足，其中Q_min为预先设定的最小流量值；如果是，则说明系统处于小流量工作状态，逆变器输出关闭，进入步骤（14）；否则，计算$P_{\Delta }^1=P_e^1-P_{\mathrm{out}},$$P_{\Delta }^2=P_e^2-P_{\mathrm{out}}$和$P_{\Delta }^3=P_e^3-P_{\mathrm{out}},$其中$P_e^1,$$P_e^2,$$P_e^3$分别为水泵电机M₁、M₂、M₃的额定功率；比较和将和中正的最小值所对应的水泵电机记为M_u，u=1、2或3；控制器控制水泵电机M_u开始工作，并关闭其余的水泵电机，进入步骤（14）；（14）令k=k+1；在本次采样周期结束后，进行下一次采样，并标记水压值的采样值为p(k)；返回步骤（2）。