一种基于反求法的变频供水系统运行效率在线检测方法

摘要

本发明提供了一种基于反求法的变频供水系统运行效率在线检测方法，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，形成供水系统运行效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，采样管网压力值，根据输出功率数学模型反求出稳态时轴输出功率，进而求得变频供水系统效率。本发明可实现在线输出功率检测，无需流量传感器，节约系统安装调试所需时间和成本，使得系统结构更加简单，系统成本更低。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

1.一种基于反求法的变频供水系统运行效率检测方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）以采样周期T_s为间隔对供水系统管网的水压值、逆变电路输出频率和输入功率进行采样，将第一次采样值标记为p(1)、f(1)和P_in(1)；当前采样次数为k，令k=1；（2）建立由M个元素构成的水压值数组{p(i)}、逆变电路输出频率数组{f(i)}，以及输入功率数组{P_in(i)}；其中i＝{k-M+1,k-M+2,...k}，M为预先设定的大于1的正整数，k为当前采样次数；p(i)|_i＜＝0＝0，f(i)|_i＜＝0＝0，P_in(i)|_i＜＝0＝0；（3）判断变频供水系统是否处于稳定状态；如果是，进入步骤（4）；否则，变频供水系统处于不稳定状态，转入步骤（16）；（4）求解水压平均值逆变电路输出频率平均值$\bar{F}=\frac{1}{M}\underset{i=k-M+1}{\overset{k}{\Sigma }}f\left(i\right)$和输入功率平均值$\overline{P_{\mathrm{in}}}=\frac{1}{M}\underset{i=k-M+1}{\overset{k}{\Sigma }}{P}_{\mathrm{in}}\left(i\right);$（5）令n=1，T_d为预先定义的观测时间长度；（6）标记当前时刻为t=0时刻，给逆变电路输出频率一个固定的任意扰动ΔF_n；（7）令m=1；（8）判断mT_s＞T_d是否成立，如果成立，则转入步骤（11）；否则，在t＝mT_s时刻，采样管网压力值p_n(m)，计算得到（9）判断是否成立，如果不成立，标记Nⁿ＝m，转入步骤（12）；否则，将Δp_n(m)、ΔF_n、T_b、ρ、g、P_b、V_b、T和t＝mT_s代入公式$\frac{\Delta p_n\left(m\right)}{\bar{P}}=\frac{(2\bar{F}\times \Delta F_n\times \Delta {F_n}^2)}{{\bar{F}}^2}(1-e^{-\frac{P_{\mathrm{out}}^n\left[m\right]T_b}{\mathrm{\rho g}{P}_b{V}_{b}T}t}),$求解得出其中，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；（10）更新变量，令m＝m+1；返回步骤(8)；（11）计算平均值转入步骤(13)；（12）计算平均值进入步骤(13)；（13）更新变量，令n=n+1；判断n＞5是否成立，如果是，进入步骤(14)；否则，转入步骤(6)；（14）计算标准差判断σ_Pout＜0.5是否成立；如果是，则进入步骤(15)；否则，转入步骤（16）。（15）令计算系统效率判断η＜＝η_min是否满足；其中η_min为预先设定的低效率阈值；如果是，则说明系统处于低效率工作状态，逆变器输出关闭，退出；否则，进入步骤（16）；（16）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、逆变电路输出频率和输入功率的采样值为p(k)、f(k)和P_in(k)；返回步骤（2）。