[发明专利]一种变频恒压供水系统及其节能控制方法

权利要求书

1.一种基于变频恒压供水系统的节能控制方法，所述变频恒压供水系统包括进水口和出水口，在所述进水口和所述出水口之间安装有并联泵组，所述并联泵组通过水泵电机和变频器连接；所述变频器和控制器通过现场总线通信连接；所述进水口和所述出水口分别安装压力传感器，所述压力传感器用于测量管网的实时压差；所述压力传感器和所述控制器通信连接；所述并联泵组包括至少两台水泵，每台所述水泵均配备一台所述变频器；所述出水口处还设有稳压罐，所述稳压罐用于减小水压波动，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

第一步，系统初始化，所述控制器执行结合比例、积分和微分三种环节于一体的控制算法PID算法，改变水泵电机的转速，进而满足用户的用水扬程需求，直至系统进入系统稳定工作状态区间；其中，所述控制器判断系统是否处于稳定工作状态，如果是进入第二步；否则，执行第一步；

第二步，所述控制器执行流量估算算法，计算每台所述水泵的输出流量和所述出水口的总流量；

第三步，所述控制器执行寻优算法，按照系统的数学模型，寻找当前系统工况的最佳启泵数目和每台所述水泵最佳的转速；

第四步，所述控制器计算优化方案所需的系统功率与稳态运行系统消耗的功率进行比较，执行功率消耗较小的优化方案。

2.根据权利要求所述的基于变频恒压供水系统的节能控制方法，其特征在于，所述第二步，控制器执行流量估算，计算每台水泵的输出流量和出水口的总流量具体包括以下步骤：

步骤1，所述控制器读取所述进水口、所述出水口的压力值、，计算稳定工作状态下系统的扬程，具体为：；是水的密度，是重力加速度，每台水泵的输出扬程为：，下标表示第台；

步骤2，所述控制器读取每台所述变频器的输出频率，计算调速比，为额定频率；

步骤3，根据系统预置的每台所述水泵的扬程流量特性，计算每台所述水泵输出的流量，其中，、、为已知系数，为调速比；

步骤4，计算系统出水口处的总流量。

3.根据权利要求1所述的基于变频恒压供水系统的节能控制方法，其特征在于，所述第三步，控制器执行寻优算法，按照系统的数学模型，寻找当前系统工况的最佳启泵数目和每台水泵最佳的转速，具体为：

所述控制器读取当前每台所述变频器的输出功率，所述控制器执行寻优算法，记录寻优算法的结果；所述寻优算法采用改进差分进化算法，求解最优的启泵方案和对应每台泵的最优调速比；

所述优化方案所需的系统功率，记录所述优化方案的每台水泵的调速比为；以系统消耗的功率最小为目标，构建数学模型；根据系统工作的实际情况设置数学模型的约束条件，使得所述并联泵组输出满足系统需求，同时使每台水泵在高效流量区间运行。

4.根据权利要求1所述的基于变频恒压供水系统的节能控制方法，其特征在于，所述第四步，控制器计算优化方案所需的系统功率与稳态运行系统消耗的功率进行比较，执行功率消耗较小的方案，具体为：

判断是否满足，如果是，执行下一步骤；否则执行所述步骤1，保持当前运行方案；

计算每台变频器的最佳输出频率，所述控制器通过现场总线方式发送每台所述变频器的最佳输出频率至对应变频器；当时，系统执行优化控制方案。

5.根据权利要求3所述的基于变频恒压供水系统的节能控制方法，其特征在于，所述约束条件包括总流量约束、转速比约束、单泵扬程约束和单泵流量约束，其数学模型如下：

其中，下标表示第台泵，表示第台泵的输出功率，、分别表示当前调速比下水泵工作在高效流量区的最小、最大流量，其中为已知系数。

6.根据权利要求1所述的基于变频恒压供水系统的节能控制方法，其特征在于，所述的系统稳定工作状态定义为：以为采样周期计算N个采样周期出水口处压力的平均值与预设压力值作比较，当满足时，认为系统处于稳态工作区间。

7.根据权利要求3所述的基于变频恒压供水系统的节能控制方法，其特征在于，所述的寻优算法采用的所述差分进化算法，其主要流程包括初始化种群、变异操作、交叉和选择步骤，其中，所述寻优算法的适应度函数定义为：

其中，是惩罚因子，是罚函数，

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