[发明专利]泵站的混合电气系统及其优化的运行方法

说明书

技术领域

本发明涉及泵站技术领域，尤其涉及泵站的混合电气系统及其优化的运行方法。

背景技术

公知的是，对于泵类负载来说，变速运行能够比固定速度运行实现更高的效率。因此，泵站倾向于为每个马达-泵链(motor-pump chain)安装变频驱动(VFD)以确保高效运行，如图1A所示。然而，这个解决方案有几个缺点。首先，资本投资高；其次，如果马达-泵链主要以额定速度工作，那么VFD解决方案可能由于它自己的功率损耗而降低效率。

图1B示出了泵站的另一传统电气方案。图1B示出了由一个VFD共同驱动，并且共享相同的运行点设置的多个马达-泵链的结构。这个方案也有一些缺点：首先，当VFD利用的容量相对低时，每个马达-泵链具有低效率；其次，存在不同方式用于在不同的由VFD驱动的马达-泵链之间进行负载分配，以满足相同的总输出要求。为了具有优化的系统效率而在各个马达-泵链之间平均地分配负载并不总是对的。

为了克服上述缺点，本领域技术人员旨在解决以下两个问题：

1)如何用较少的资本投资来设计泵站系统的电气方案，同时仍保持VFD的功能，例如软启动、速度调节。

2)考虑到泵站的负载要求以及不同马达-泵链的速度调节技术和效率曲线，如何通过优化的负载分配来提高泵站的总运行效率。

发明内容

本发明的目的通过泵站的混合电气系统和相应的控制方法来实现，以便减少资本成本和运行成本，并且优化整个泵站的运行效率。

根据本发明的一个方面，泵站的所述混合电气系统包括中央控制器。所述混合电气系统还包括共享的变频驱动(VFD)母线和通用母线，所述共享的变频驱动(VFD)母线和通用母线都连接至所述中央控制器。所述共享的VFD母线由两个或更多个马达-泵链共享，并且所述共享的VFD母线选择性地驱动一个、两个或更多个所述马达-泵链。

根据本发明的一个优选实施例，所述通用母线由具有有载分接开关的变压器供电。

根据本发明的一个优选实施例，所述马达-泵链中的每一个连接至单刀三掷开关，所述单刀三掷开关将所述马达-泵链在通用母线连接、共享的VFD母线连接，以及断开之间切换。

根据本发明的一个优选实施例，所述系统还包括由非共享的VFD供电的马达-泵链。

根据本发明的一个优选实施例，所述非共享的VFD直接连接至所述通用母线。

根据本发明的一个优选实施例，所述非共享的VFD由没有连接到所述通用母线的独立变压器供电。

根据本发明的另一方面，一种优化泵站的运行效率的方法包括以下步骤：预处理由用户输入的初始数据；预测用水负荷或得到下个时间间隔的预设用水负荷；计算泵站的控制命令；以及通过控制VFD和/或有载分接开关和/或单刀三掷开关来执行控制命令。

根据本发明的一个优选实施例，所述预处理步骤包括以下步骤：收集连接到共享的VFD母线的泵的参数；收集连接到非共享的VFD母线的泵的参数；收集连接到由带有有载分接开关的变压器供电的通用母线的泵的参数；识别管阻参数；限定由VFD母线直接驱动的马达-泵链的数量以实现部分优化要求。

根据本发明的一个优选实施例，所述预测步骤还包括以下步骤：通过液体管阻曲线来计算泵站的参数；通过计算带有或不带VFD的马达-泵链的参数来更新泵列表，以使效率最大化。

根据本发明的一个优选实施例，所述计算步骤依次遵循三个选项以满足负载要求：只需VFD调节就能够满足负载要求；VFD和有载分接开关调节能够满足负载要求；针对整个泵站重新计算控制命令，所述整个泵站包括VFD、有载分接开关和单刀三掷开关。

根据本发明的一个优选实施例，所述重新计算步骤包括以下步骤：初始化泵列表；计算剩余用水负荷要求；计算泵列表参数以实现最大效率；选择具有最高效率、带有或不带VFD的马达-泵链；或进行部分优化以便找出最高效率的列表，以满足剩余用水负荷要求。

根据本发明的一个优选实施例，所述执行步骤包括：将连接至共享的和/或非共享的VFD母线的马达-泵链的频率调节为系统频率；根据电压要求通过有载分接开关调节通用母线的电压。

和现存的现有技术比较，本发明的解决方案节省了VFD和软启动器的数量和大小，同时仍然保持马达的软启动和效率提高功能。本发明的另一优点是它能够通过协调用于各个马达-泵链的供电方案、负载分配方式和变压器OLTC以及VFD设置来优化泵站的实时运行效率。

附图说明

参照图中示出的优选的示例性实施例，将在下面的描述中更详细地讲解本发明的主题，其中：