1.一种基于比例压力调节的循环泵自适应控制方法,其特征在于,所述方法包括以下步骤:
步骤1.针对双管供热系统,分析系统管网特性
所述双管供热系统包括:锅炉B1、变频循环泵B2、温控阀B3和B4、暖气片B5和B6;锅炉B1将水进行加热,为整个系统提供热水;热水经过进水管由变频循环泵B2对其进行增压,增压后的热水经过温控阀B3和B4达到暖气片B5和B6,带有高温热水的暖气片B5和B6与外界进行换热,内部的水温逐渐变小,低温水再经回水管回流至锅炉B1;
供热系统的管网阻力包括特定流量下管路的压力损失、锅炉的压力损失以及温控阀的局部压力损失,其中管路的压力损失由流速和管路的阻力系数决定,温控阀的局部压力损失由阀门的开度决定,阀门开度越大,阻力越小;为了实现对供热系统的自适应控制,这里采用系统水力输送系数Ksys来描述给定流量下系统输出的扬程值,其对应的表达式如公式(1)所示;
式中,Ksys为系统水力输送系数,Q为变频循环泵的输出流量,H为变频循环泵的输出扬程,即泵出口压力与进口压力的差值;
步骤2.计算供热系统管网特性系数
供热系统的管网特性系数包括系统水力输送系数最大值KH,系统水力输送系数最小值KL,系统水力输送系数中间参考值Kref,系统水力输送系数Ksys;基于初始设定的变频循环泵比例压力运行曲线,通过实时监测变频循环泵的输出流量和扬程,计算实时的系统水力输送系数Ksys值,KH为实时水力输送系数Ksys的最大值,KL为实时水力输送系数Ksys的最小值,基于KH和KL可以计算出水力输送系数中间参考值Kref,其计算公式如公式(2)所示;
供热系统会存在以下三种典型运行状态,分别为欠饱和状态、过饱和状态和平衡状态;
欠饱和状态时,系统水力输送系数Ksys在整个运行周期内,大部分时间处于区域B,即采用TB来表示Ksys处于区域B中的时间,小部分时间处于区域A,即采用TA来表示Ksys处于区域A中的时间,即TB>TA;过饱和状态时,系统水力输送系数Ksys在整个运行周期内,大部分时间处于区域A,小部分时间处于区域B,即TA>TB;平衡状态时,系统水力输送系数Ksys在整个运行周期内,处于区域B的时间接近或等于处于区域A的时间,即步骤3.比较TA和TB的大小,自动调整循环泵比例压力运行曲线
基于步骤2的计算结果,通过比较整个运行周期内TA和TB的大小,自动调整循环泵的比例压力运行曲线,实现系统平衡;变频循环泵B2的最高工作运行曲线对应的转速为100%n,变频循环泵B2的最低工作运行曲线对应的转速为25%n;当TB>TA时,则变频循环泵B2输出压力低于系统正常工作所需的压力,温控阀B3和B4处于接近全开状态,对应的系统特性曲线为C1,供热系统无法提供足够的热量,为此,需要将初始设置的比例压力曲线P1适当调高,即增大比例压力曲线Hmax值,其他参数保持不变,调整后的运行曲线为P3,此时需要将全开状态的温控阀的开度适当调小,系统特性曲线变成C2,以实现温度的精确控制;当TA>TB时,则变频循环泵B2输出压力高于系统正常工作所需的压力,温控阀B3和B4处于接近全闭状态,对应的系统特性曲线为C1,供热系统提供过多的热量,为此,需要将初始设置的比例压力曲线P1适当调低,即减小比例压力曲线Hmax值,其他参数保持不变,调整后的运行曲线为P2,此时需要将全闭状态的温控阀的开度适当调大,系统特性曲线变成C3,以实现温度的精确控制;当 时,则变频循环泵B2输出压力接近或等于系统正常工作所需的压力,温控阀B3和B4处于正常工作状态,供热系统提供适量的热量,为此,无需调整初始设置的比例压力曲线P1,保持运行曲线为P1不变;
步骤4.选定系统最佳比例压力运行曲线
基于初始设置的Hmax值,通过不断增大或减小Hmax值,Hmax的增加量或减少量为0.05Hmax,即每迭代一步,Hmax=Hmax±0.05Hmax,然后,重新计算TA和TB值,直到 即0.95
1.05时,则结束对系统的迭代计算,选定系统变频循环泵最佳的比例压力运行曲线,当锁定变频循环泵最佳比例压力运行曲线时,则根据外界温度的变化,系统所需的热量会发生变化,即系统的流量会在特定的工作曲线上上下移动;当外界温度降低时,则工作点沿着工作曲线向上移动;当外界温度升高时,则工作点的移动方向正好相反;基于上述过程实现系统按需供热,降低系统运行能耗;
步骤5.计算变频循环泵系统运行功耗
基于选定的最佳比例压力工作曲线,计算循环泵的总体运行功耗,根据供热系统负载曲线,即在变频循环泵整个工作周期内,流量为100%Q所对应的工作时间所占比例为6%,流量为75%Q所对应的工作时间所占比例为15%,流量为50%Q所对应的工作时间所占比例为35%,流量为25%Q所对应的工作时间所占比例为44%,根据该负载曲线,变频循环泵的平均运行功耗计算公式如公式(3)所示:Pavg=0.06P100%+0.15P75%+0.35P50%+0.44P25% (3)式中,Pavg为变频循环泵平均运行功耗;P100%为100%Q所对应的轴功率;P75%为75%Q所对应的轴功率;P50%为50%Q所对应的轴功率;P25%为25%Q所对应的轴功率;
通过上述公式的计算,可以获取整个运行周期内循环泵所消耗的能量,以此评估系统的节电率和指导系统后续的运行规划。
2.如权利要求1所述的一种基于比例压力调节的循环泵自适应控制方法,其特征在于:
所述步骤1中的双管供热系统,随着热负荷的增加,其对应的温控阀和暖气片数目增加到3个及3个以上,温控阀设定温度可以人为调节,温控阀会按设定要求自动控制和调节散热器水量,来达到控制室内温度目的。
3.如权利要求1或2所述的一种基于比例压力调节的循环泵自适应控制方法,其特征在于:所述步骤3中,规定的变频循环泵初始设置比例压力曲线的最大扬程值Hmax控制在100%转速所对应流量-扬程曲线上的最佳效率点所对应的扬程HBEP附近。
4.如权利要求1或2所述的一种基于比例压力调节的循环泵自适应控制方法,其特征在于:所述步骤4中,规定的扬程增加量或减少量根据实际系统进行增加或减小,以平衡系统迭代计算的精度和时间。