基于智能化电源管理的循环冷却水余压回收节能系统的制作方法

本发明涉及一种冷却塔的循环冷却水余压回收系统，尤其是一种智能化电源管理的循环冷却水余压回收节能系统。

背景技术：

冷却塔是主要通过对流及蒸发换热将循环冷却水中的废热排放给用空气的通用机械设备，广泛应用于冶金、石油、化工、动力、纺织等行业，并且又从工业拓展到民用，如应用于大楼中央空调系统等。由于某些冷却系统的特殊性，其冷却水会存在较高的余压，且随着季节和负荷不同会有较大变化，一般在5~30mH₂O，少数可达到50mH₂O左右，都属于中低水头余能系统。欲要满足冷却塔中喷淋条件，喷头出口处所需压力为1~2mH₂O，在运行时通常采用消能器耗散，导致能量浪费。

现今，对于工业循环冷却水余压利用技术大致可以归纳为三种：水轮机风机直连方式、双驱动冷却塔水轮机方式和小型或微型水轮发电装置向外送电的余能利用方式^[2]。

水轮机风机直连的方式是用联轴器将水轮机和风机直连，将冷却水余能压转换为水轮机的机械能以驱动风机工作。当富余水头满足不了风机电动机运转所需能量时，若仍采用此方式则会达不到预期的冷却效果，此时须接入电机来维持冷却塔正常工作，而此时水轮机将成为电机的额外负载，以致更加耗电。而且水轮机安装在塔内，在一定程度上增加了冷却塔的风阻。国内现有的研究和应用多是该方式对上述缺陷至今尚未有解决良策。

双驱动冷却塔水轮机方式试图通过离合器将水轮机与风机联接，以解决冷却塔余能有效利用问题。但它的缺点在于很难做到两种动力（即水轮机提供的动力与电机提供的动力）能够简单叠加，没有内部损耗。而且如何做到水轮机、风机、电动机和减速器的有效联接，水轮机和风机如何有效启动以及何种水轮机适合双驱动条件等问题至今尚未攻克。

小型或微型水轮发电装置向外送电的余能利用方式摒弃了将水轮机机械能直接供给风机的想法，而是通过水轮发电机组将机械能转为电能再供给风机电动机。但现有的此类方案多想以储能和并网的方式实现。然而并网不是想并就能并的，实现过程很困难，成本高，能否得到相关部门允许也是一大问题。

技术实现要素：

本发明是要提供一种基于智能化电源管理的循环冷却水余压回收节能系统，该系统无需对水轮发电机组所发电能量进行存储与并网，当水轮发电机组所发电能不足风机电动机运转所需时，不足部分则由外电补充，成本相对较低，能适应不同季节及不同负荷时的余压变化或流量变化，余能都能得到充分利用。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种基于智能化电源管理的循环冷却水余压回收节能系统，包括水轮发电机组、冷却塔、电网，所述水轮发电机组通过智能化电源控制系统连接冷却塔风机的电动机，智能化电源控制系统还连接电网，水轮发电机组所发电能和电网所供电能通过智能化电源控制系统整合输出到驱动冷却塔的风机电动机，并优先使用水轮发电机组发出的电能，不足部分则由电网补充。

水轮发电机组进出口设置压力检测器，通过检测到的压力信号控制水轮发电机组的转速，使水轮机维持稳定的出口压力，从而使冷却水在冷却塔内能均匀喷淋。

所述发电机组采用永磁同步电机，使系统更加高效节能。

所述智能化电源控制系统包括DSP控制器、IPM电机驱动板，IPM电机驱动板采用IPM逆变电路，以三相逆变桥产生磁场驱动风机的电动机；所述智能化电源控制系统的电路中设置电路保护模块，利用滤波电路对电流进行检测，通过DSP控制器控制、调节，避免水轮发电机组发电量大于风机电动机实际需求时，电流过大烧毁电路及智能控制设备。

本发明的有益效果是：

本发明与现有技术的区别特征：本发明的特点在于对风机供电节电的智能控制及其对整套冷却系统的优化设计，摆脱了季节的限制。其关键技术在于对水轮机产能、风机耗能与电网供能的一体化监测与控制，使水轮发电机组在不同流量及不同压力情况下，智能控制系统都能给风机提供所需的稳定的动力。与水轮机与风机直连的方式比较，余能不足时，本发明避免了水轮机成为额外负载，解决了不能有效利用余能的问题。同时，本发明的水轮机安置于冷却塔外管路中，无需置于塔内，不会增加冷却塔的风阻。与双驱动冷却塔水轮机方式相比，本发明使水轮机产能与外部电能简单叠加，使两者之间不产生内部损耗。与其他形式水轮机发电的方式比较，本发明无需对水轮机所发电量进行存储与并网，当水轮发电机组产能不足风机运转所需时，不足部分则由外电补充，成本相对较低。

本发明的优点：

1.弥补了传统方法的不足，突破了用水轮机驱动风机的余能利用方式受季节和负载变化的制约。

2.节能效果明显，成本较低，回收年限短，为用户节约开支。

3.控制模块完善，无需人工操作即可供需平衡。

4.本方案对新旧冷却塔系统均能很好地兼容，改造方便。

5.当代工业系统对冷却塔的需求量大，已有装机量大，用户多，本产品的应用前景广阔。

附图说明

图1为本发明的基于智能化电源管理的循环冷却水余压回收节能系统简图；

图2为本发明的控制模块的硬件框图；

图3为本发明的软件框图。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

如下图1所示，一种基于智能化电源管理的循环冷却水余压回收节能系统，包括水轮发电机组1、冷却塔2、智能化电源控制系统3、电网4等。发电机采用永磁同步电机，使系统更加高效节能。

水轮发电机组1通过智能化电源控制系统3连接冷却塔2的风机电动机，智能化电源控制系统3还连接电网4。冷却水经过热用户后首先供给水轮发电机组1发电，水轮发电机组1所发电能和电网4所供电能，通过以IPM与DSP为核心的智能化电源控制系统3整合输出到冷却塔2的风机电动机，优先使用水轮发电机组1发出的电能供给冷却塔2的风机电动机运转，不足部分则由电网4补充，由此实现了对余压的广域利用。为了满足冷却塔喷淋的需求压力，在水轮发电机组1的进出口设置了压力检测器，通过检测到的压力信号控制水轮发电机组1的转速，使水轮机维持稳定的出口压力，从而使冷却水在冷却塔2内能均匀喷淋。

如图2所示，智能化电源控制系统3采用的控制模块分为两部分，第一部分为核心DSP控制器，第二部分为IPM电机驱动板。IPM电机驱动板采用IPM逆变电路,以三相逆变桥产生磁场驱动电机。另外在电路中设置了电路保护模块，利用滤波电路对电流进行检测，通过DSP控制器控制、调节，避免水水轮发电机组发电量大于风机电动机实际需求时，电流过大烧毁电路及智能控制设备。每一个模块都可以控制电机进行四象限运行，风机的电机所用的模块工作在电动状态，使其恒速旋转。发电机组所用的模块工作在发电状态，使其阻力矩恒定将压力作为反馈信号，对处于发电状态的电机实施闭环反馈，使发电机始终工作在最优发电效率点，而不管水流压力如何变化）。其中软件部分（图3所示）为在CSS3.3的开发环境下辅以Altium Designer Summer 09进行设计。

本发明的关键技术在于对水轮机产能、风机耗能与电网供能的一体化监测与控制，使水轮发电机组在不同流量及不同压力情况下，智能控制系统都能给风机提供所需的稳定的动力。

本发明的技术特点：

（1）水轮发电机组发出的电能和电网所供电能，通过以IPM与DSP为核心的智能化电源管理系统整合输出到风机电动机，并优先使用水轮发电机组发出的电能供给风机电机运转，不足部分则由电网补充。

（2）为了满足冷却塔喷淋所需压力，在水轮机进出口设置压力检测，通过检测到的压力信号控制水轮发电机组的转速，使水轮机维持稳定的出口压力，从而使冷却水在冷却塔内能均匀喷淋。发电机组采用永磁同步电机，使系统更加高效节能。

（3）在电路中设置了电路保护模块，利用滤波电路对电流进行检测，通过DSP控制器控制、调节，避免水轮发电机组发电量大于风机电动机实际需求时，电流过大烧毁电路及智能控制设备。

（4）每一个模块都可以控制电机进行四象限运行，风机电机所用的模块工作在电动状态，使其恒速旋转。发电机所用的模块工作在发电状态，使其阻力矩恒定将压力作为反馈信号，对处于发电状态的电机实施闭环反馈，使发电机始终工作在最优发电效率点，而不管水流压力如何变化。