泵船取水工程系統(tǒng)控制及節(jié)能研究

【摘要】： 沿長江、漢水流域一帶，城鎮(zhèn)供水廠取水水泵機組為了保證在沽水期低水 位時，水泵機組的出水揚程。設計都按照長江、漢水百年一遇最低水位選擇水 泵出水揚程，這樣在高水位時往往由于揚程太大而偏離水泵的工作高效區(qū)，浪 費了大量電能，選擇合適的調速方式對泵船水泵機組進行節(jié)能改造，成為當務 之急。風機、水泵等采用變頻調速是我國節(jié)能的一項重點推廣技術措施，《中 華人民共和國節(jié)約能源法》第39條已將變頻調速列入通用節(jié)能技術加以推 廣。 泵船上的水泵機組隨著江河四季水位的變化，船端相對于岸端高程位置發(fā) 生變化，其水泵機組出水揚程也隨之發(fā)生變化。只有調整相關的性能參數，即 水泵的出水揚程，才能保證水泵的工況點處在高效工作區(qū)，電機的輸出功率與 負載處于合理的匹配范圍內。 目前，國內絕大多數的泵船上的水泵機組未采取措施，電機的輸出功率是 恒定的。在水位較高時，水泵仍然以高揚程輸水，電機的輸出功率沒有降下 來，浪費能源。 根據相似定律：流量與轉速的一次方成正比；揚程與轉速的二次方成正 比；功率與轉速的三次方成正比。即在降低轉速，調低水泵出水揚程的同時， 功率下降的幅度非常大，從中可以節(jié)省相當大的電能。完全應在高水 位時降 低水泵機組轉速，從而使電機的輸出功率隨著轉速下降值與轉速原值商的三次 方關系下降。以達到節(jié)能的目的。 源水在通過水泵機組出口壓送后，僅經過短距離輸水管道后，在管道尾部 水敞開奔向開放式明渠。管道系統(tǒng)中，壓力變化小。在水泵機組高于出水管道 系統(tǒng)時形成自流無壓狀態(tài)。壓力參數不能正確的反映水位的相應變化。變頻調 速控制的水泵機組的轉速，只能通過采集水位參數變化與轉速關系建立起來的 相關數學關系來確定，并同時應參考水流量參數。 在漢江處于豐水期高水位時，將水泵的富余出水揚程通過降低水泵轉速節(jié) 省下來，使電機的輸出功率下降，達到節(jié)能的目的。同時，通過水位、揚程、 武漢理工大學碩士學位論文 水量之間的關系，建立數學關系，以保證選擇合適的開機數量，保證取水水 量。 在高壓變頻調速系統(tǒng)采用直接“高－高”變換形式，為單元串聯(lián)多電平拓撲 結構，可由移相變壓器、功率單元和控制器等組成。主體結構由多組功率模塊 串并聯(lián)而成。從而由各組低壓疊加而產生需要的高壓輸出。 單元串聯(lián)多電平PWM電壓源型6kV變頻器采用若干個低壓PWM變頻功 率單元串聯(lián)的方式實現直接高壓輸出。對電網諧波污染小、輸人功率因數高。 不必采用輸人諧波濾波器和功率因數補償裝置。輸出波形好，不存在由諧波引 起的電機附加發(fā)熱和轉矩脈動、噪聲、輸出du／dt、共模電壓等問題。 綜合漢江水位情況分析，宗關水廠泵船取水系統(tǒng)中，1995刁 年五年期 水泵處于高效運行區(qū)域僅有 27．3個月。僅占五年內運行時間的 39．4％。另通過 繪制水泵并聯(lián)曲線圖，在高水位狀態(tài)下，水泵特性曲線巳脫離理論值范圍，找 不到揚程與流量的量比關系。 在泵船取水系統(tǒng)中，采用變頻調速控制技術節(jié)能潛力很大，有著非常重大 意義。交流變頻調速技術的發(fā)展由于其地位的重要性，巳迅速發(fā)展成為一門獨 立的技術、學科領域，它對合理利用水資源，減少環(huán)境污染，節(jié)約電能，改善 工作條件，節(jié)省原材料，降低成本和提高產量等方面均起著十分重要的作用。 【關鍵詞】：水位 揚程 高壓變頻調速 節(jié)能
【學位授予單位】：武漢理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2002
【分類號】：U674
【目錄】：

• 第1章 概論9-22
• 1．1 城鎮(zhèn)供水廠運用變頻調速技術的現狀9-10
• 1．2 城鎮(zhèn)供水廠調速技術的應用10-13
• 1．3 電力電子技術及功率器件IGBT的發(fā)展狀況13-17
• 1．4 國內外變頻調速技術的發(fā)展狀況17-19
• 1．5 課題的研究目的和意義19-22
• 第2章 變頻調速系統(tǒng)的組成及原理22-31
• 2．1 變頻調速的基本原理22
• 2．2 變頻器的構成及控制方式22-27
• 2．3 變頻器的主電路型式27-31
• 第3章 高壓變頻調速的系統(tǒng)組成及特性31-37
• 3．1 高壓變頻系統(tǒng)的特點、技術要求31-32
• 3．2 高壓變頻器的諧波分析及控制型式32-34
• 3．3 高壓變頻調速系統(tǒng)的組成和幾種類型34-37
• 第4章 高壓變頻器及其調速系統(tǒng)設計37-48
• 4．1 單元串聯(lián)多電平PWM電壓源型6kV高壓變頻器的構成37-41
• 4．2 宗關水廠泵船取水機組高壓變頻調速系統(tǒng)的分析及設計研究41-43
• 4．3 泵船取水高壓變頻調速系統(tǒng)的設計43-44
• 4．4 泵船水泵機組變頻系統(tǒng)配置44-48
• 第5章 宗關水廠泵船取水高壓變頻調速系統(tǒng)的節(jié)能分析48-58
• 5．1 變頻調速系統(tǒng)節(jié)能原理48-51
• 5．2 宗關水廠泵船取水高壓變頻調速系統(tǒng)的節(jié)能計算51-58
• 第6章 研究工作總結與展望58-61
• 6．1 本文所作的主要工作58-59
• 6．2 系統(tǒng)需要改進的方向59
• 6．3 采用的主要技術和方法59-61
• 致 謝61-62
• 參考文獻62-65
• 發(fā)表論文及參加的項目65

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