泵船取水工程系统控制及节能研究

【摘要】： 沿长江、汉水流域一带，城镇供水厂取水水泵机组为了保证在沽水期低水 位时，水泵机组的出水扬程。设计都按照长江、汉水百年一遇最低水位选择水 泵出水扬程，这样在高水位时往往由于扬程太大而偏离水泵的工作高效区，浪 费了大量电能，选择合适的调速方式对泵船水泵机组进行节能改造，成为当务 之急。风机、水泵等采用变频调速是我国节能的一项重点推广技术措施，《中 华人民共和国节约能源法》第39条已将变频调速列入通用节能技术加以推 广。 泵船上的水泵机组随着江河四季水位的变化，船端相对于岸端高程位置发 生变化，其水泵机组出水扬程也随之发生变化。只有调整相关的性能参数，即 水泵的出水扬程，才能保证水泵的工况点处在高效工作区，电机的输出功率与 负载处于合理的匹配范围内。 目前，国内绝大多数的泵船上的水泵机组未采取措施，电机的输出功率是 恒定的。在水位较高时，水泵仍然以高扬程输水，电机的输出功率没有降下 来，浪费能源。 根据相似定律：流量与转速的一次方成正比；扬程与转速的二次方成正 比；功率与转速的三次方成正比。即在降低转速，调低水泵出水扬程的同时， 功率下降的幅度非常大，从中可以节省相当大的电能。完全应在高水 位时降 低水泵机组转速，从而使电机的输出功率随着转速下降值与转速原值商的三次 方关系下降。以达到节能的目的。 源水在通过水泵机组出口压送后，仅经过短距离输水管道后，在管道尾部 水敞开奔向开放式明渠。管道系统中，压力变化小。在水泵机组高于出水管道 系统时形成自流无压状态。压力参数不能正确的反映水位的相应变化。变频调 速控制的水泵机组的转速，只能通过采集水位参数变化与转速关系建立起来的 相关数学关系来确定，并同时应参考水流量参数。 在汉江处于丰水期高水位时，将水泵的富余出水扬程通过降低水泵转速节 省下来，使电机的输出功率下降，达到节能的目的。同时，通过水位、扬程、 武汉理工大学硕士学位论文 水量之间的关系，建立数学关系，以保证选择合适的开机数量，保证取水水 量。 在高压变频调速系统采用直接“高－高”变换形式，为单元串联多电平拓扑 结构，可由移相变压器、功率单元和控制器等组成。主体结构由多组功率模块 串并联而成。从而由各组低压叠加而产生需要的高压输出。 单元串联多电平PWM电压源型6kV变频器采用若干个低压PWM变频功 率单元串联的方式实现直接高压输出。对电网谐波污染小、输人功率因数高。 不必采用输人谐波滤波器和功率因数补偿装置。输出波形好，不存在由谐波引 起的电机附加发热和转矩脉动、噪声、输出du／dt、共模电压等问题。 综合汉江水位情况分析，宗关水厂泵船取水系统中，1995刁 年五年期 水泵处于高效运行区域仅有 27．3个月。仅占五年内运行时间的 39．4％。另通过 绘制水泵并联曲线图，在高水位状态下，水泵特性曲线巳脱离理论值范围，找 不到扬程与流量的量比关系。 在泵船取水系统中，采用变频调速控制技术节能潜力很大，有着非常重大 意义。交流变频调速技术的发展由于其地位的重要性，巳迅速发展成为一门独 立的技术、学科领域，它对合理利用水资源，减少环境污染，节约电能，改善 工作条件，节省原材料，降低成本和提高产量等方面均起着十分重要的作用。 【关键词】：水位 扬程 高压变频调速 节能
【学位授予单位】：武汉理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2002
【分类号】：U674
【目录】：

• 第1章 概论9-22
• 1．1 城镇供水厂运用变频调速技术的现状9-10
• 1．2 城镇供水厂调速技术的应用10-13
• 1．3 电力电子技术及功率器件IGBT的发展状况13-17
• 1．4 国内外变频调速技术的发展状况17-19
• 1．5 课题的研究目的和意义19-22
• 第2章 变频调速系统的组成及原理22-31
• 2．1 变频调速的基本原理22
• 2．2 变频器的构成及控制方式22-27
• 2．3 变频器的主电路型式27-31
• 第3章 高压变频调速的系统组成及特性31-37
• 3．1 高压变频系统的特点、技术要求31-32
• 3．2 高压变频器的谐波分析及控制型式32-34
• 3．3 高压变频调速系统的组成和几种类型34-37
• 第4章 高压变频器及其调速系统设计37-48
• 4．1 单元串联多电平PWM电压源型6kV高压变频器的构成37-41
• 4．2 宗关水厂泵船取水机组高压变频调速系统的分析及设计研究41-43
• 4．3 泵船取水高压变频调速系统的设计43-44
• 4．4 泵船水泵机组变频系统配置44-48
• 第5章 宗关水厂泵船取水高压变频调速系统的节能分析48-58
• 5．1 变频调速系统节能原理48-51
• 5．2 宗关水厂泵船取水高压变频调速系统的节能计算51-58
• 第6章 研究工作总结与展望58-61
• 6．1 本文所作的主要工作58-59
• 6．2 系统需要改进的方向59
• 6．3 采用的主要技术和方法59-61
• 致 谢61-62
• 参考文献62-65
• 发表论文及参加的项目65

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