一种并联变频恒压供水系统流量检测方法技术方案

本发明专利技术涉及一种并联变频恒压供水系统流量检测方法，以采样周期

A flow detection method of parallel variable frequency constant pressure water supply system

【技术实现步骤摘要】
一种并联变频恒压供水系统流量检测方法
本专利技术涉及机电节能控制领域，具体涉及一种并联变频恒压供水系统流量检测方法。
技术介绍
并联变频恒压供水在保障工农业生产和日常生活正常运行起到重要的作用。供水系统中泵的运行性能直接关系到能耗指标和运行成本，其占生产成本的30％～60％。并联变频恒压供水中泵的运行效率哪怕仅仅提高1％，都会对社会节能和企业成本带来了巨大的利益。泵消耗的电能的30％～50％都是可以节约，通过采用变频控制技术能有效地降低泵的能耗，实现节能减排目标。然而，由于供水需求量在时间上具有随机性和不确定性。高峰期时需要增加并联运行泵的数量以增加供应量来满足生产生活需求；低谷时则需要减少并联运行泵的数量以达到节能的目的。特别是在低谷时间段，由于流量小，变频器处于低频状态，电机热损耗和低频振动严重，整个供水系统能耗急剧增大，系统效率低下。这种工况下不但不能实现节能减排，而且电机因为长期低频运行导致机械振动和电机定子绕组发热严重，降低系统的安全可靠性和使用寿命，对供水系统的安全可靠性和生产成本产生不利影响，更为严重的甚至导致安全事故的发生。并联变频恒压供水系统高效运行是实现节能减排的共性技术问题。基于此，需要保证每台泵输出流量均处于高效运行区间对应的范围。所以，系统需要实时获取总输出流量和每台泵的输出流量，进而优化控制泵的运行数量和运行参数，确保每台泵均能高效运行。为实现并联变频恒压供水系统的高效运行，需在管网中增加流量传感器，用于实时检测管网流量。但该方案需要增加流量传感器，一方面增加了管网的复杂性和硬件成本，另一方面供水系统需要在软硬件方面增加相应的功能模块，比如信号调理电路、采样电路、软件处理程序等。
技术实现思路
针对现有技术存在的不足，本专利技术的目的在于提供一种并联变频恒压供水系统流量检测方法。为实现上述目的，本专利技术提供了如下技术方案：一种并联变频恒压供水系统流量检测方法，其包括以下步骤：步骤一、变频器i以采样周期Tsi为间隔获取压力值pi(k)，其中k为采样次数，同时获取变频器i的输出频率fi(k)，并建立由N个元素构成的变频器i输出频率数组{fi(j)}，并获取{fi(j)}的平均值和标准差j＝k-N+1，k-N+2，...k，N为预先设定的大于1的正整数，fi(j)|j＜＝0＝0；步骤二、集中控制单元以周期Tc为间隔获取所有变频器的和Si，并得到均频率调节量其中步骤三、通过是否同时满足max{|σi|}≤σref和max{Si}≤Sref来判断系统是否处于稳定状态，若不满足，则集中控制单元向所有变频器i发送均频率调节量σi，并使得系统趋于稳定，其中σref，Sref为设定的正参考值，可根据实际系统进行设定；步骤四、在系统处于稳定性时，获取系统的压力值P，并将当前时刻标记为t＝0，而后集中控制单元向所有变频器i的输出频率施加固定扰动ΔF；步骤五、将t＝mTc时刻的流量估计值定义为Qg[m]，对应时刻的压力变化量估计值为Δpg(m)，其中m＝1，2，…，M，Td为预先定义的观测时间长度；将流量估计值的初始值设定为令m＝1，第二级最小差Δ(min)＝0，第二级最大差Δ(max)＝1，分辨系数γ＝0.5；步骤六、判断m＞M是否成立，如果成立，则集中控制单元通过向所有变频器i发送均频率调节量σi，驱使该判定不成立，在其不成立的情况下，获取t＝mTc时刻的压力值p(m)，得到Δp(m)＝p(m)-P；步骤七、判断是否成立，α为人为任意设定值，由恒压供水系统对压力性能指标要求决定，若不成立，则集中控制单元继续通过向所有变频器i发送均频率调节量σi，使其成立；在其成立时，利用以及流量估计值Qg[m]及P、F、ΔF、β和t＝mTc获得Δpg(m)；步骤八、将Δp(m)作为参考序列，Δpg(m)作为比较序列，计算误差序列Δ0(m)＝|Δp(m)-Δpg(m)|，并得到Δp(m)和Δpg(m)的相关系数步骤九、判断ξ(m)＞＝0.95是否成立，在其成立的情况下，获取并联变频恒压供水系统实际流量值Q＝Qg[m]，反之，则通过增加处于工作状态下的泵的数量，即m＝m+1；并重复步骤六；步骤十、根据以及来获取并通过运算获取其中：ni为第i台离心泵转速；nj为第j台离心泵的转速，f为变频器输出频率；S为转差率；P为离心泵的极对数；步骤十一、当Qg[m]为系统实际流量值，即Q＝Qg[m]时，将Q、Fi为n和F代入步骤十中获取的获得第i台泵的流量Qi。的值包括两种分布情况：1)2)并由两种分布情况可获得Δp(t)为ΔF引起的压力波动值，ΔF为频率扰动增量，且满足|ΔF|＜＜min{Fi}，i∈[1，n]，ΔQin(t)为ΔF引起的进口流量波动值，P为压力传感器的压力值，Q为蓄能罐进出口流量，F为变频器输出频率平均值。根据弹簧式蓄能罐的体积变化量Δv(t)和弹簧长度变化量Δl(t)获取水压变化量Δp(t)。根据以及水压变化量Δp(t)获取本专利技术的有益效果：一、本专利技术无需流量传感器即可实现并联变频恒压供水系统流量测量，省去了流量传感器及辅助处理电路的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；二、本专利技术不但可以测量总的输出流量，还能测量每台泵的输出流量，为并联变频恒压供水系统高效运行提供依据；三、本专利技术所述的流量测量方法具有可靠性高，实用性强等特点；可有效避免泵和变频器处于过载及轻载运行，提高供水系统的效率、寿命和可靠性。附图说明图1为并联变频恒压供水系统结构图；图2a和图2b为并联变频恒压供水系统运行频率分布示意图；具体实施方式假定并联变频恒压供水系统采用相同型号的泵和变频器，为不失一般性，本专利技术用第i台(1≤i≤n)泵和变频器作为阐述对象。下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。并联变频恒压供水系统简图如图1所示，主要包括水源、集中控制单元、变频器i、泵i、止回阀i、闸阀i，i＝1，2，…，n、压力传感器、弹簧式蓄能罐等。集中控制单元主要功能是：①采集压力信号；②与变频器进行通信，实现供水系统的均流量控制和泵的优化调度控制；③人机接口功能，获取参数的输入、运行状态的显示；变频器主要功能为：①上传当前运行状态包括启动/停止状态、运行频率值和其他电压电流信息等；②接收集中控制单元下发的压力值和频率调节量，调节泵转速实现供水恒压控制和均流控制功能；泵i通过叶轮片高速旋转将水输送到管道；止回阀i主要功能是防止水倒流；闸阀i用于实现泵和管网的接通与断开；压力传感器用于检测管网压力；弹簧式蓄能罐的功能是稳定管网压力，防止水锤。fi(t)为变频器i输出频率；Qi(t)本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种并联变频恒压供水系统流量检测方法，其特征在于：其包括以下步骤：/n步骤一、变频器i以采样周期T

【技术特征摘要】
1.一种并联变频恒压供水系统流量检测方法，其特征在于：其包括以下步骤：
步骤一、变频器i以采样周期Tsi为间隔获取压力值pi(k)，其中k为采样次数，同时获取变频器i的输出频率fi(k)，并建立由N个元素构成的变频器i输出频率数组{fi(j)}，并获取{fi(j)}的平均值和标准差j＝k-N+1，k-N+2，...k，N为预先设定的大于1的正整数，fi(j)|j＜＝0＝0；
步骤二、集中控制单元以周期Tc为间隔获取所有变频器的和Si，并得到均频率调节量其中
步骤三、通过是否同时满足max{|σi|}≤σref和max{Si}≤Sref来判断系统是否处于稳定状态，若不满足，则集中控制单元向所有变频器i发送均频率调节量σi，并使得系统趋于稳定，其中σref，Sref为设定的正参考值，可根据实际系统进行设定；
步骤四、在系统处于稳定性时，获取系统的压力值P，并将当前时刻标记为t＝0，而后集中控制单元向所有变频器i的输出频率施加固定扰动ΔF；
步骤五、将t＝mTc时刻的流量估计值定义为Qg[m]，对应时刻的压力变化量估计值为Δpg(m)，其中m＝1，2，…，M，Td为预先定义的观测时间长度；将流量估计值的初始值设定为令m＝1，第二级最小差A(min)＝0，第二级最大差Δ(max)＝1，分辨系数γ＝0.5；
步骤六、判断m＞M是否成立，如果成立，则集中控制单元通过向所有变频器i发送均频率调节量σi，驱使该判定不成立，在其不成立的情况下，获取t＝mTc时刻的压力值p(m)，得到Δp(m)＝p(m)-P；
步骤七、判断是否成立，α为人为任意设定值，由恒压供水系统对压力性能指标要求决定，若不成立，则集中控制单元继续通过向所有...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘晓铭，陈益丰，潘敏辉，
申请(专利权)人：温州大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33