泵站的混合电气系统及其优化的运行方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及累站技术领域，尤其设及累站的混合电气系统及其优化的运行方法。
【背景技术】
[0002] 公知的是，对于累类负载来说，变速运行能够比固定速度运行实现更高的效率。因 此，累站倾向于为每个马达-累链（motor-pumpchain)安装变频驱动（VFD)W确保高效运 行，如图1A所示。然而，该个解决方案有几个缺点。首先，资本投资高；其次，如果马达-累 链主要W额定速度工作，那么V抑解决方案可能由于它自己的功率损耗而降低效率。
[000引图1B示出了累站的另一传统电气方案。图1B示出了由一个V抑共同驱动，并且 共享相同的运行点设置的多个马达-累链的结构。该个方案也有一些缺点；首先，当V抑利 用的容量相对低时，每个马达-累链具有低效率；其次，存在不同方式用于在不同的由VFD 驱动的马达-累链之间进行负载分配，W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-累链之间平均地分配负载并不总是对的。
[0004] 为了克服上述缺点，本领域技术人员旨在解决W下两个问题：
[0005] 1)如何用较少的资本投资来设计累站系统的电气方案，同时仍保持VFD的功能， 例如软启动、速度调节。
[0006] 2)考虑到累站的负载要求W及不同马达-累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累站的总运行效率。
【发明内容】
[0007] 本发明的目的通过累站的混合电气系统和相应的控制方法来实现，W便减少资本 成本和运行成本，并且优化整个累站的运行效率。
[0008] 根据本发明的一个方面，累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-累链共享， 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-累链。
[0009] 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。
[0010] 根据本发明的一个优选实施例，所述马达-累链中的每一个连接至单刀=掷开 关，所述单刀=掷开关将所述马达-累链在通用母线连接、共享的V抑母线连接，W及断开 之间切换。
[0011] 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-累 链。
[0012] 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。
[0013] 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。
[0014] 根据本发明的另一方面，一种优化累站的运行效率的方法包括W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；计算累站的 控制命令；W及通过控制V抑和/或有载分接开关和/或单刀=掷开关来执行控制命令。
[0015] 根据本发明的一个优选实施例，所述预处理步骤包括W下步骤：收集连接到共享 的VFD母线的累的参数；收集连接到非共享的VFD母线的累的参数；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累的参数；识别管阻参数；限定由VFD母线直接驱 动的马达-累链的数量W实现部分优化要求。
[0016] 根据本发明的一个优选实施例，所述预测步骤还包括W下步骤：通过液体管阻曲 线来计算累站的参数；通过计算带有或不带VFD的马达-累链的参数来更新累列表，W使效 率最大化。
[0017] 根据本发明的一个优选实施例，所述计算步骤依次遵循=个选项W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 整个累站重新计算控制命令，所述整个累站包括V抑、有载分接开关和单刀=掷开关。
[0018] 根据本发明的一个优选实施例，所述重新计算步骤包括W下步骤：初始化累列表； 计算剩余用水负荷要求；计算累列表参数W实现最大效率；选择具有最高效率、带有或不 带VFD的马达-累链；或进行部分优化W便找出最高效率的列表，W满足剩余用水负荷要 求。
[0019] 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-累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。
[0020] 和现存的现有技术比较，本发明的解决方案节省了V抑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-累链的供电方案、负载分配方式和变压器化TCW及VFD设置来优化累站的实 时运行效率。
【附图说明】
[0021] 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：
[0022] 图1示出了传统累站的电气方案，其中，图1A示出了针对每个马达-累链分别安 装VFD的结构，图1B示出了被一个VFD共同驱动的多个马达-累链的结构；
[0023] 图2示出了根据本发明实施例的混合累站的混合电气方案；
[0024]图3示出了本发明的结构，其中，图3A示出了累站的混合电气方案I，图3B示出 了累站的混合电气方案II;
[0025] 图4是示出了具有混合电气方案的累站的运行效率优化的主流程图；
[0026] 图5示出了根据本发明实施例的参数预处理过程的流程图；
[0027] 图6示出了根据本发明实施例的控制命令确定的流程图；
[002引图7示出了根据本发明实施例的整体优化过程的流程图；
[0029] 图8示出了根据本发明实施例的控制命令执行的流程图。
【具体实施方式】
[0030] 在下文中结合附图描述了本发明的示例性实施例。为了清楚简明起见，说明书中 没有描述实际实施中的所有特征。
[0031] 图2示出了根据本发明的第一个优选实施例的累站的混合电气系统，该个混合电 气系统包括由共享的VFD(例如，图2中的VFD1)供电的VFD母线。
[0032] 如图2所示，两个或更多个马达-累链可W通过单刀S掷（SPTT)开关连接至通用 母线或VFD母线。该意味着，马达-累链在同一时间只能有S种状态中的一种；通用母线连 接，意味着连接至通用母线；共享的V抑母线连接，意味着连接至V抑母线；或者与通用母 线和VFD母线都断开。
[0033] 为了优化运行效率，V抑和SPTT开关的状态信息全部传输到中央控制器。除此之 夕F，中央控制器还获得实时用水负荷数据和预测用水负荷。凭借所有该些数据，控制器执行 整个累站的优化计算。此后，为了大范围调节马达速度，中央控制器将控制命令发送给可控 设备，例如，vro。
[0034] 通过使用SPTT开关，可W优化马达-累链的启动过程。如图2所示，SPTT可W将 马达-累链切换到VFD母线，W获得软启动。在完成启动过程后，SPTT可W将该马达-累 链切换到通用母线连接，从而节省软启动设备。为了调节马达速度和优化运行效率，在通 过V抑启动了所有需要的马达-累链后，该些马达-累链可W切换回V抑母线，并由共享的 VFD(即VFD1)驱动。
[0035] 图3A示出了根据第二个优选实施例的累站的混合电气方案I，该个混合电气方案 主要包括两种母线；1)由带有化TC的变压器供电的通用母线；2)由共享的V抑（例如，图 3A中的VFD1)供电的VFD母线。
[0036] 如图3A所示，两个或更多个马达-累链可W通过SPTT(单刀=掷）开关连接至通 用母线或VFD母线。该意味着，马达-累链在同一时间只能有S种状态中的一种：连接至通 用母线；连接至VFD母线；或者与通用母线和VFD母线都断开。
[0037] 为了对至少两个马达-累链供电，对共享的V抑的容量要求相对高。还存在由单 个的VFD(例如，图3A中示出的直接连接至通用母线的VFDj)供电的马达-累链，W实现更 加平稳的运行。该些额外的V抑通常将具有比共享的V抑更小的容量。
[003引为了优化运行效率，0LTC、V抑和SPTT开关的状态信息全部传输给中央控制器。除 此之外，中央控制器还得到实时用水负荷数据和预测用水负荷。使用所有该些数据，控制器 执行整个累站的优化计算。此后，为了大范围调节马达速度，中央控制器将发送控制命令给 可控设备，例如，VFD;或者为了通过调节定子电压而小范围调节马达速度，中央控制器将直 接对设备（例如化TC)进行控制。
[0039] 通过使用SPTT开关，可W优化马达-累链的启动过程。如图3A所示，SPTT可W将 马达-累链切换至V抑母线W进行软启动。在完成启动过程之后，SPTT可W将该马达-累 链切换至通用母线，从而节省软启动设备。为了调节马达速度和优化运行效率，在通过VFD 启动所有需要的马达-累链之后，该些马达-累链可W切换回V抑母线，并且由共享的V抑， 即VFD1驱动。
[0040] 图3B示出了根据第S个优选实施例的又一可能的电气方案，其中单个的VFD-马 达-累链可W由不带化TC的独立变压器供电。当用水负荷发生小变化时，将控制该些单个 的V抑-马达-累链W平衡该个小的负载变化。该意味着不需要操作化TC，该将减轻对化TC的冲击。该样还可W简化控制方法，因为化TC调节将不会影响单个的V抑-马达-累链的 输入侧电压。
[0041] 根据又一优选实施例，中央控制器实时地执行优化计算。图4示出了流程图。无 论优化结果何时改变，中央控制器将分别更新用于化TC、V抑和/或SPTT开关的控制命令。
[0042] 步骤201;流程图的第一步是预处理由用户输入的初始数据，如图5所示，其中将 总共收集W下四组数据：
[0043] 1)与化TC变压器连接的马达-累链数量化及其参数。W第i个马达-累链为 例，参数首先包括最大扬程血ax_i、额定扬程Hn_i、额定流量Qn_i、效率曲线，W及累i的H-Q曲线化-Q曲线可W按照化_i =血ax_i*? ~2-(Q_i/Qn-;L) ~2*(血ax_i-Hn_;L)计算）， 其中，Q_i或化_i是目标，《可W通过《= 或W = n 计算；其次包括化TC的电压调节范围（Vmin，Vmax);第S包括马达的速度-电压曲线和效 率曲线。
[0044] 2)与非共享的V抑连接的马达-累链数量Nvl及其参数。累的所需信息同上；加 上马达和V抑的效率曲线。
[004引 3)与共享的V抑连接的马达-累链数量Nv2及其参数。累、马达和V抑的所需信 息同上。
[0046] 4)用于识别管阻曲线的参数，包括静态扬程化t、额定扬程化和额定流量化（管 阻曲线可W按照化i=化t+(QiA)n)2X化n-Hst)来计算）。
[0047] 在预处理之后，除了实时数据之外的全部信息将为计算准备好。在该个步骤中，用 户还需要根据共享V抑的容量来定义由共享V抑直接驱动的马