城市供水系统节能控制研究

【摘要】：我国能源形势日益严峻，能源问题已经成为制约我国经济社会发展的瓶颈因素，为此，国家对各个行业“节能减排”工作也更加重视，并且提出了一系列的指导方针。城市供水系统是一个城市的耗电大户，而我国的泵站效率普遍较低，管网设计和布局也不甚合理，因而造成了大量的能量浪费。为此，研究城市供水系统的节能控制问题对我国具有十分重要的现实和长远意义。 首先，针对某水厂原有控制方式的不合理性，提出了采用变频控制方法来实现对水厂供水系统的供水控制工作，分析了该方法的节能原因，重点比较了工频泵组合工作，变频恒压控制和变频调压控制这三种方法的优劣。 其次，为了给节能改造项目提供理论依据，建立了供水系统的能耗数学模型，模型由全网分配能耗模型和水泵组合能耗模型两部分组成，每个模型都是带有线性约束和非线性约束的节能寻优问题。并结合实际节能改造项目，利用Matlab遗传算法工具箱对所建立的模型进行了实例化仿真研究。 最后，以实际工程项目为背景，针对变频控制具有较好的节能效果和控制效果，设计了供水系统变频控制器，给出了详细的软硬件设计内容。实践证明，在该控制器的作用下，为水厂节约了5%的电能，实现了项目要求。 【关键词】：供水系统 节能 变频控制 能耗模型
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TU991
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第1章 绪论8-15
• 1.1 课题背景与研究意义8-10
• 1.1.1 课题背景8-9
• 1.1.2 研究意义9-10
• 1.2 国内外研究现状10-14
• 1.2.1 供水控制系统国内外发展综述10-11
• 1.2.2 节能控制研究现状11-14
• 1.3 本文主要研究内容14-15
• 第2章 供水系统变频控制节能分析15-27
• 2.1 引言15
• 2.2 水泵基础知识15-21
• 2.2.1 水泵性能参数及特性曲线15-18
• 2.2.2 水泵运行工况点18-19
• 2.2.3 两个重要定律19-21
• 2.2.4 水泵的串联和并联工作21
• 2.3 变频控制节能分析21-26
• 2.3.1 变频控制实现基础22
• 2.3.2 水厂原控制方式的耗能分析22-24
• 2.3.3 变频控制方法的选取24-26
• 2.4 本章小结26-27
• 第3章 供水系统能耗数学模型的建立27-38
• 3.1 引言27-28
• 3.2 全网分配能耗模型的建立28-33
• 3.2.1 供水系统宏观模型28-30
• 3.2.2 逐步回归分析30-31
• 3.2.3 模型建立31-33
• 3.3 水泵组合能耗模型的建立33-37
• 3.3.1 水泵特性曲线拟合33-34
• 3.3.2 水泵高效区的确定34-35
• 3.3.3 模型建立35-37
• 3.4 本章小结37-38
• 第4章 模型实例化仿真研究38-52
• 4.1 引言38
• 4.2 遗传算法及 MATLAB 遗传算法工具箱介绍38-40
• 4.2.1 遗传算法原理38-39
• 4.2.2 Matlab 遗传算法工具箱39-40
• 4.3 全网分配能耗模型实例化仿真40-44
• 4.3.1 水厂宏观模型求取40-42
• 4.3.2 模型仿真结果42-44
• 4.4 水泵组合能耗模型实例化仿真44-51
• 4.4.1 水泵特性测试数据及曲线拟合44-48
• 4.4.2 模型仿真结果48-51
• 4.5 本章小结51-52
• 第5章 变频调压控制器软硬件设计52-70
• 5.1 引言52-53
• 5.2 水厂二级泵房结构简介53
• 5.3 控制系统总体结构设计53-54
• 5.4 控制器硬件设计54-60
• 5.4.1 控制卡接口信号分析54-55
• 5.4.2 控制器原理图及 PCB 设计55-60
• 5.5 控制器软件设计60-69
• 5.5.1 上位机软件设计60-64
• 5.5.2 控制卡软件设计64-69
• 5.6 本章小结69-70
• 结论70-72
• 参考文献72-78
• 致谢78

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