盧祥江，武宇龍

（湖南工業(yè)大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，湖南 株洲 412007）

恒壓供水變頻控制低碳技術(shù)及應(yīng)用

盧祥江，武宇龍

（湖南工業(yè)大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，湖南 株洲 412007）

針對(duì)當(dāng)前變頻恒壓供水壓力不穩(wěn)定、能耗過(guò)大、滯后時(shí)間過(guò)長(zhǎng)等問(wèn)題，將無(wú)模型控制方式運(yùn)用到恒壓變頻供水系統(tǒng)中，同時(shí)在分析供水特性的基礎(chǔ)上，對(duì)具體的供水設(shè)備進(jìn)行分析和改進(jìn)。實(shí)踐表明，改進(jìn)之后的供水系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了供水壓力穩(wěn)定，節(jié)能效果明顯，反應(yīng)執(zhí)行速度快捷，長(zhǎng)期運(yùn)行穩(wěn)定可靠。

恒壓供水；節(jié)能；水泵；變頻調(diào)速

0 引言

恒壓供水是目前高樓供水的主要手段，近年來(lái)隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，采用變頻器以及相應(yīng)的控制電路組成的節(jié)能供水系統(tǒng)，已得到了廣泛推廣和應(yīng)用。由于泵類電機(jī)具有負(fù)載轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的平方成正比，軸功率與轉(zhuǎn)速的立方成正比的特點(diǎn)，因此，采用閉環(huán)控制，根據(jù)用水量的大小來(lái)控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速，可以使整個(gè)供水系統(tǒng)處于節(jié)能運(yùn)行的狀態(tài)。理論和實(shí)踐表明，在低流量區(qū)，對(duì)整個(gè)供水系統(tǒng)采用變頻調(diào)速控制比采用閥門控制可節(jié)約30%～50%電能。因此，在供水系統(tǒng)中采用變頻調(diào)速控制技術(shù)取代閥門控制能獲得更好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，這對(duì)于緩解我國(guó)電力緊張的狀態(tài)具有重要意義。目前，有些企業(yè)缺乏對(duì)恒壓供水方式的深入研究，從而使不同企業(yè)生產(chǎn)的恒壓供水設(shè)備的節(jié)能效果差別很大。根據(jù)多年來(lái)收集的數(shù)據(jù)顯示，在不利的供水環(huán)境下，好的供水設(shè)備比不好的供水設(shè)備有近40%的能量消耗差別。在國(guó)家倡導(dǎo)節(jié)能減排的精神下，對(duì)恒壓供水的問(wèn)題有必要進(jìn)行一些理論上的研究，尋找一種高效節(jié)能的設(shè)計(jì)方案。利用先進(jìn)的自動(dòng)化技術(shù)、控制技術(shù)以及通訊技術(shù)，設(shè)計(jì)高性能、高節(jié)能，同時(shí)能適應(yīng)不同情況的低碳節(jié)能恒壓供水系統(tǒng)已成為了必然的發(fā)展趨勢(shì)[1]。

城市供水工程在水資源的開(kāi)發(fā)利用過(guò)程中，水資源從水源地通過(guò)重力或泵站輸送至水處理廠，經(jīng)過(guò)泵站將飲用水輸送到用戶，并通過(guò)水泵保持水壓穩(wěn)定。在此過(guò)程中，水泵成為了城市供水系統(tǒng)中主要的耗能設(shè)備，而城市供水系統(tǒng)碳足跡的來(lái)源可歸結(jié)為相關(guān)的能源消耗，如電耗以及外加的碳源消耗，也就是說(shuō)水泵的使用將成為城市供水系統(tǒng)碳足跡的主要來(lái)源[2]。

1 供水系統(tǒng)執(zhí)行部件的基本特性

供水系統(tǒng)主要由控制部件和執(zhí)行部件兩部分組成，通過(guò)研究供水系統(tǒng)執(zhí)行部件的基本特征，有助于更好地設(shè)計(jì)低碳節(jié)能型供水系統(tǒng)，從而為改善相關(guān)供水性能作準(zhǔn)備。通過(guò)對(duì)水泵工作點(diǎn)確定曲線的分析，可以了解供水系統(tǒng)主要執(zhí)行部件——水泵的工作特征，如圖1所示。

圖1 水泵工作點(diǎn)的確定Fig.1 Determination of Pump operating point

水泵工作點(diǎn)（工況點(diǎn)）是指水泵在確定的管路中，在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中所具有的揚(yáng)程、流量以及相應(yīng)的效率、功率等參數(shù)。圖1中，水泵性能曲線（HQ曲線）和管路性能曲線（Hx-Q曲線），兩者之間的交點(diǎn)A就是水泵的工作點(diǎn)。工作點(diǎn)A是水泵運(yùn)行的理想工作點(diǎn)，實(shí)際運(yùn)行時(shí)水泵的工作點(diǎn)并非總是固定在A點(diǎn)。在閥門開(kāi)度和水泵轉(zhuǎn)速都不變的情況下，用戶的用水狀況決定流量Q的大小，所以H-Q曲線所反映的是揚(yáng)程H與用水量Q之間的關(guān)系。隨著流量Q的增大，水泵的揚(yáng)程H將變??；隨著用戶用水量的變大，水泵的揚(yáng)程也將減小，即不改變其它因素的情況下，水泵能夠壓水的高度將減小。Hx-Q曲線反映了水泵的機(jī)械能用來(lái)克服系統(tǒng)的水位、壓力差以及液體在供水管道中流動(dòng)阻力的變化規(guī)律。由圖1可知，在同一閥門開(kāi)度下，揚(yáng)程H越大，其流量Q也越大。從水泵的效率曲線 -Q可知，在A點(diǎn)處水泵的效率最大。

對(duì)水泵的運(yùn)行特性曲線進(jìn)行分析，如圖2所示。當(dāng)用閥門控制時(shí)，若用水高峰期水泵工作在E點(diǎn)，其流量為Q1，揚(yáng)程為H2。當(dāng)用水量從Q1減小到Q2時(shí)，則需要關(guān)小閥門，這時(shí)閥門的摩擦阻力變大，阻力曲線從3移到1，而水泵性能曲線不變；揚(yáng)程則從H2上升到H1，運(yùn)行的工況點(diǎn)從E點(diǎn)移到F點(diǎn)，此時(shí)水泵輸出功率用矩形OQ2F H1表示，其值為

式中：r為輸出介質(zhì)單位體積質(zhì)量；

H1和Q2分別為水泵在工況點(diǎn)F處的揚(yáng)程和流量。

當(dāng)用調(diào)速控制時(shí)，用水量從Q1降至Q2時(shí)，其水泵的轉(zhuǎn)速由n1變至n2，圖2中的水泵性能曲線H-Q明顯變化；而阻力曲線的終值H2不變，從而阻力曲線從3移到2，因此水泵輸出功率可用矩形OQ2DH2表示，其值為

式中H2和Q2分別為水泵在工況點(diǎn)D處的揚(yáng)程和流量。

圖2 水泵運(yùn)行特征曲線Fig.2 The pump running characteristic curve

從圖2中可以得出，當(dāng)由閥門控制改為調(diào)速控制后，其節(jié)能效果顯著，其節(jié)能量為

在系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，不僅要保證水泵工作在正常工作點(diǎn)附近，而且要保證水泵工作點(diǎn)附近的相關(guān)參數(shù)處于良好的數(shù)值范圍內(nèi)，這樣才能充分地發(fā)揮水泵的工作效率。在變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的整個(gè)運(yùn)行過(guò)程中，水泵工況點(diǎn)的變化如圖3所示。

圖3 水泵工況點(diǎn)的變化Fig.3 Pump operating point changes

由圖3可知，在不同的水泵轉(zhuǎn)速曲線n和不同流量Q作用下，對(duì)應(yīng)著不同的水泵工況點(diǎn)，如圖3中的A1′, A0, A1, A2等工況點(diǎn)。假設(shè)水泵的起始工況點(diǎn)處于A0處，此時(shí)水泵出水壓力值為p0，供給的流量值為Q0。當(dāng)用戶的用水量減到Q1′時(shí)，在水泵轉(zhuǎn)速n0不變的情況下，從圖可知水泵的出水壓力必升高，此時(shí)可通過(guò)調(diào)節(jié)水泵轉(zhuǎn)速使之運(yùn)行在n1′的狀態(tài)下，即出現(xiàn)A1′工況點(diǎn)的情況。同理，當(dāng)用戶的用水量增大到Q1或Q2時(shí)，同樣可調(diào)節(jié)水泵的轉(zhuǎn)速，使之處于A1或A2的工況狀態(tài)下。

由圖3還可知，適當(dāng)調(diào)節(jié)水泵的轉(zhuǎn)速n可使水泵處于不同的工況點(diǎn)下，但由于出水壓力的不穩(wěn)定必然導(dǎo)致供水管網(wǎng)中壓力過(guò)大或過(guò)小的現(xiàn)象，這不利于實(shí)際的操作。從圖2中可知，可以通過(guò)不同的阻力曲線來(lái)確定不同的水泵工況點(diǎn)。綜合圖2和圖3可知，為維持供水管網(wǎng)中水壓穩(wěn)定在一個(gè)恒定的壓力值附近，如圖3中p0值附近，可以通過(guò)適當(dāng)調(diào)節(jié)水泵轉(zhuǎn)速n就可滿足不同的流量需求，使水泵處于不同的工況點(diǎn)下運(yùn)行。變頻調(diào)速的最終目的，就是通過(guò)調(diào)節(jié)水泵轉(zhuǎn)速來(lái)促使供水管網(wǎng)內(nèi)的水壓力值維持在一個(gè)恒定的范圍內(nèi)，而不會(huì)隨著用水量的變化而變化[3]。

2 供水系統(tǒng)控制模型的基本特性

水泵由初始狀態(tài)向管網(wǎng)進(jìn)行恒壓供水，供水管網(wǎng)從初始?jí)毫﹂_(kāi)始啟動(dòng)水泵運(yùn)行，至管網(wǎng)壓力達(dá)到穩(wěn)定要求時(shí)經(jīng)歷2個(gè)過(guò)程：

1）水泵將水送到管網(wǎng)中，這個(gè)階段管網(wǎng)壓力基本保持初始?jí)毫?，這是一個(gè)純滯后的過(guò)程；

2）水泵將水充滿整個(gè)管網(wǎng)，壓力隨之逐漸增加直到穩(wěn)定，這是一個(gè)大時(shí)間常數(shù)的慣性過(guò)程。

參考大慣性環(huán)節(jié)特點(diǎn)，供水系統(tǒng)的模型可以近似為

式中：T1為供水系統(tǒng)的慣性時(shí)間常數(shù)；

k1為供水系統(tǒng)的增益；

變頻器和電機(jī)可近似等效為時(shí)間常數(shù)為T2的一階慣性環(huán)節(jié)，系統(tǒng)中其他控制和檢測(cè)環(huán)節(jié)，如繼電器控制轉(zhuǎn)換，壓力轉(zhuǎn)換等時(shí)間常數(shù)和滯后時(shí)間與原供水系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的時(shí)間常數(shù)和滯后時(shí)間常數(shù)相比，可忽略不計(jì)，均可等效為比例環(huán)節(jié)[4]。

因此，供水系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型可等效為帶純滯后的2個(gè)慣性環(huán)節(jié)串聯(lián)，并用

表示。

在以上系統(tǒng)中，慣性時(shí)間常數(shù)T1由供水系統(tǒng)的用戶規(guī)模決定，一般用戶的數(shù)量越大，也就是供水系統(tǒng)所需的水流量值越大，系統(tǒng)的慣性時(shí)間常數(shù)也越大。系統(tǒng)的滯后時(shí)間由供水系統(tǒng)的最不利點(diǎn)決定，即由最不利點(diǎn)距離用戶的距離和供水系統(tǒng)的平均流速?zèng)Q定。當(dāng)水泵選定后，交流電機(jī)的機(jī)電時(shí)間常數(shù)就可以確定。由于供水系統(tǒng)的規(guī)模以及用戶用水的不規(guī)律，導(dǎo)致供水系統(tǒng)模型的參數(shù)難以準(zhǔn)確確定，并具有參數(shù)易變的特點(diǎn)。參考國(guó)內(nèi)外應(yīng)用研究的結(jié)果[5]，將供水系統(tǒng)的近似模型選定為

在恒壓供水的閉環(huán)控制系統(tǒng)中，至今仍有 90%左右的控制回路采用 PID 控制方案。但是，由于供水系統(tǒng)的非線性以及參數(shù)時(shí)變的特點(diǎn)，使得當(dāng)用水量變化較大時(shí)，系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)變化范圍也較大，并且固定參數(shù)的 PID 控制無(wú)法適應(yīng)這種變化，控制品質(zhì)變差，甚至造成系統(tǒng)不穩(wěn)定和能量額外損失。

3 控制器的設(shè)計(jì)

通過(guò)以上分析可知，在供水過(guò)程中，一定要對(duì)用水工況有“預(yù)見(jiàn)性”，這樣才能合理安排工作水泵的輸出大小，同時(shí)在供水最不利的情況下，控制器能根據(jù)關(guān)鍵參數(shù)如：最大停機(jī)壓力，最小開(kāi)機(jī)壓力，穩(wěn)壓壓力，壓力變化趨勢(shì)，集中用水時(shí)間，市政管網(wǎng)進(jìn)水壓力等一系列動(dòng)態(tài)參數(shù)，合理調(diào)整控制器參數(shù)，不斷優(yōu)化節(jié)能效果。這樣的要求，運(yùn)用傳統(tǒng)的控制方法很難實(shí)現(xiàn)。

通過(guò)對(duì)系統(tǒng)建模分析，發(fā)現(xiàn)在供水應(yīng)用中，隨著用水量的增加，出水壓力就會(huì)減少，以此為關(guān)鍵參數(shù)，引入無(wú)模型自適應(yīng)控制（model free adaptive control，MFAC），利用管網(wǎng)壓力作為主要輸入?yún)?shù)，以用水量和變頻器的上下限數(shù)據(jù)作為系統(tǒng)限制參數(shù)，被控系統(tǒng)可以通過(guò)下列的單輸入單輸出非線性離散時(shí)間方程來(lái)描述：

式中：u(k)和y(k)分別表示被控系統(tǒng)在時(shí)刻k的系統(tǒng)輸入量與輸出量；

nu和ny分別表示系統(tǒng)未知的輸入及輸出階數(shù)；

f表示未知的非線性函數(shù)[6]。

假設(shè)1 非線性系統(tǒng)（1）的輸入量和輸出量是可觀測(cè)且是可控制的。具體可描述為，對(duì)于某一個(gè)系統(tǒng)有界的期望的輸出信號(hào)y*(k+1)，存在有界的可行的控制輸入信號(hào)u*(k)，使得該系統(tǒng)在這個(gè)控制輸入信號(hào)的作用下，其系統(tǒng)的輸出量等于系統(tǒng)的期望輸出量。

假設(shè)2 系統(tǒng)（1）控制輸入信號(hào)u(k), u(k-1), …, u(k-L+1)都存在連續(xù)的偏導(dǎo)數(shù)。

假設(shè)3 系統(tǒng)（1）滿足廣義利普希茨（Lipschitz）條件。具體描述為，對(duì)任意的常數(shù)k和Δu(k)≠0，滿足關(guān)系

式中：b是常數(shù)；

Δy(k+1)和Δu(k)分別表示系統(tǒng)在2個(gè)連續(xù)時(shí)間點(diǎn)下的輸出量和輸入量的變化值，即

定理1 非線性系統(tǒng)（1）如果同時(shí)滿足以上3個(gè)假設(shè)，則當(dāng)Δu(k)≠0時(shí)，存在一個(gè)偽偏導(dǎo)數(shù)（pseudopartial-derivative，PPD）(k)，且

為使非線性系統(tǒng)（1）合理地轉(zhuǎn)化為動(dòng)態(tài)線性化方程式（3），需對(duì)控制系統(tǒng)輸入量的變化量Δu(k)加以限制。同時(shí)，由于整個(gè)自適應(yīng)控制系統(tǒng)工作在動(dòng)態(tài)閉環(huán)環(huán)境下，因此在整個(gè)算法過(guò)程中保證Δu(k)≠0的同時(shí)，可加入一些可調(diào)參數(shù)用來(lái)限制Δu(k)的變化，使整個(gè)系統(tǒng)的控制處于合理的范圍內(nèi)。為此，引入控制輸入準(zhǔn)則函數(shù)

將式（3）代入式（4），同時(shí)對(duì)輸入量u(k)兩邊求導(dǎo)并令其為零，可得

4 執(zhí)行部件設(shè)計(jì)

執(zhí)行部件主要包括加壓水泵與管網(wǎng)結(jié)構(gòu)以及相關(guān)閥等。在設(shè)計(jì)中通過(guò)優(yōu)化控制器，使系統(tǒng)執(zhí)行更加穩(wěn)定，從而具備了節(jié)能運(yùn)行模式，同時(shí)通過(guò)對(duì)執(zhí)行部件的優(yōu)化設(shè)計(jì)，強(qiáng)化了系統(tǒng)工作效率，增強(qiáng)了節(jié)能效果。

采用疊壓變頻泵替換傳統(tǒng)的管道加壓泵，這樣可以充分利用市政管網(wǎng)的壓力，差多少補(bǔ)多少，可有效減少能源消耗。疊壓變頻泵的性能曲線與普通變頻泵的性能曲線的區(qū)別在于增加了城市管網(wǎng)的余壓線，使原來(lái)的定壓線隨城市余壓的波動(dòng)上下移動(dòng)，因此它沒(méi)有固定的定壓線，而只有對(duì)應(yīng)于城市最低最高余壓的水泵揚(yáng)程。疊壓變頻泵的工作點(diǎn)就在此區(qū)間內(nèi)運(yùn)行，并保持恒定的系統(tǒng)壓力，如圖4所示。

圖4 變頻泵工作區(qū)間Fig.4 Variable frequency pump working range

圖4中，向上的縱坐標(biāo)表示疊壓泵提供的揚(yáng)程值H，向下的縱坐標(biāo)表示城市管網(wǎng)中能提供的揚(yáng)程值Hy。當(dāng)城市管網(wǎng)中壓力較大時(shí)，能夠達(dá)到最大的揚(yáng)程為Hy,max，此時(shí)水泵所需提供的揚(yáng)程就為He,min；當(dāng)城市管網(wǎng)中壓力較小時(shí)，能夠達(dá)到最小的揚(yáng)程為Hy,min，此時(shí)水泵所需提供的揚(yáng)程就為He,max。因此，疊壓泵將根據(jù)城市管網(wǎng)中的壓力值，即其所提供揚(yáng)程值，再施加一個(gè)合理轉(zhuǎn)速，使其滿足最終的揚(yáng)程數(shù)值為HXD，這樣有效利用了城市管網(wǎng)中的壓力，滿足了系統(tǒng)節(jié)能的需求[10-11]。

結(jié)合控制器的設(shè)計(jì)，在城市管網(wǎng)余壓波動(dòng)較大時(shí)，首先要看水泵揚(yáng)程工作點(diǎn)是否在水泵的高效段內(nèi)，如不在高效段內(nèi)，系統(tǒng)應(yīng)及時(shí)切換其他功率的疊壓泵，使得余壓的波動(dòng)幅度可控，并始終處在高效區(qū)。多泵組合工作時(shí)，配置的臺(tái)數(shù)應(yīng)根據(jù)水泵流量總和滿足系統(tǒng)最大流量為準(zhǔn)則。

通過(guò)改變傳統(tǒng)的直角連接方式來(lái)進(jìn)行管道的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。因?yàn)榱黧w流入管道后會(huì)對(duì)管道壁產(chǎn)生附加作用力，使管道壁面發(fā)生變形，特別是對(duì)于管道直角彎曲段，這種附加作用更嚴(yán)重；同時(shí)，由于管道的彈性作用，管道壁面又會(huì)反過(guò)來(lái)影響管內(nèi)流體，兩者之間存在耦合關(guān)系。彎管內(nèi)的能量損失主要發(fā)生在彎管內(nèi)側(cè)壁附近，在 90°截面區(qū)域損失尤為嚴(yán)重，靜壓分布從 0°到90°截面始終是外側(cè)高于內(nèi)側(cè)。湍動(dòng)能的分布表明，進(jìn)口段湍動(dòng)能小，在第一個(gè)拐彎處湍動(dòng)能加大，在第二匯流處湍動(dòng)能持續(xù)增加，彎管內(nèi)側(cè)壁的湍動(dòng)能一般比外側(cè)壁大。在彎曲管道的轉(zhuǎn)角和匯流處，流體的流速較其他各點(diǎn)高；在流速梯度大的位置，湍動(dòng)能也大。重新設(shè)計(jì)的管道拐角呈120°，有效降低了結(jié)構(gòu)性能耗損失，以及水在流動(dòng)過(guò)程中經(jīng)過(guò)彎管而產(chǎn)生的紊流導(dǎo)致的能耗損失。圖5為傳統(tǒng)的彎管，圖6為改進(jìn)之后的彎管。在考慮系統(tǒng)更加節(jié)能且不影響正常工作的情況下，在多泵并行供水的匯流管設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)盡可能采用圖6所示的彎管結(jié)構(gòu)。

圖5 傳統(tǒng)彎管Fig.5 The traditional pipe

圖6 改進(jìn)后彎管Fig.6 The improved elbow

為保證系統(tǒng)的節(jié)能性，特別是針對(duì)小額用水的狀態(tài)，在此引入高位密封充氣罐和出水端壓力罐。高位密封充氣罐一般安裝在供水點(diǎn)的最高點(diǎn)，這對(duì)于高層少量用水時(shí)，節(jié)能效果明顯。壓力罐一般安裝在系統(tǒng)出水端，對(duì)于小額用水有一定的補(bǔ)充作用，主要用來(lái)穩(wěn)流和消除水錘現(xiàn)象。當(dāng)系統(tǒng)在加壓輸出時(shí)，水壓縮壓力罐內(nèi)空氣，部分水進(jìn)入容器；當(dāng)系統(tǒng)停止運(yùn)行后，如果有小額的用水，壓力罐就通過(guò)釋放壓力補(bǔ)充用水，而不需要啟動(dòng)系統(tǒng)，從而達(dá)到節(jié)能的目的。對(duì)于用水量變化很大的用水用戶，一般采取大小泵組合的結(jié)構(gòu)方式進(jìn)行供水；對(duì)于供水管網(wǎng)比較大或耗損較高的管網(wǎng)用水用戶，一般引入輔泵的工作方式；對(duì)于其他附加工作要求，如含有備用水箱的用水用戶，配備消毒設(shè)備的用水用戶，都可以通過(guò)修改控制器的工作流進(jìn)行定制開(kāi)發(fā)。事實(shí)證明定制開(kāi)發(fā)比傳統(tǒng)開(kāi)發(fā)的供水節(jié)能效果更好。

5 低碳節(jié)能分析

本文改進(jìn)的供水系統(tǒng)采用全自動(dòng)變頻恒壓按需調(diào)整的節(jié)能技術(shù)，通過(guò)本地控制器的流程化控制，對(duì)參與執(zhí)行的泵組進(jìn)行分配，在泵組的執(zhí)行過(guò)程中，通過(guò)排列算法得到所有執(zhí)行泵的組合，將每一種組合作為一種狀態(tài)。對(duì)于狀態(tài)之間的切換，需考慮一些條件，如：當(dāng)前變頻泵已處于工頻運(yùn)行狀態(tài)下，然而出水壓力值仍低于最低允許壓力，輸出壓力的增長(zhǎng)率小于0.01MPa/s，系統(tǒng)將延時(shí)5s后切換；輸出壓力的增長(zhǎng)率小于0.03MPa/s，系統(tǒng)延時(shí)15s后切換；輸出壓力的增長(zhǎng)率小于0.1MPa/s，系統(tǒng)延時(shí)2min后切換。其它狀態(tài)轉(zhuǎn)移的延時(shí)時(shí)間由系統(tǒng)運(yùn)算決定，且要求加入的泵是目前休息時(shí)間最長(zhǎng)的泵，然后由變頻器變頻拖動(dòng)。減泵的條件是當(dāng)前變頻泵已處于最低轉(zhuǎn)速運(yùn)行狀態(tài)下，同時(shí)水壓在允許范圍內(nèi)，如果水壓成上升趨勢(shì)，系統(tǒng)將工作時(shí)間最長(zhǎng)的泵停止；如果水壓有下降趨勢(shì)，且趨勢(shì)明顯，則延長(zhǎng)減泵時(shí)間，如果趨勢(shì)不明顯則減少減泵時(shí)間。所有變換泵組合的前提條件是，保證水壓穩(wěn)定，波動(dòng)少，盡量維持系統(tǒng)工作在節(jié)能狀態(tài)。

湖南省株洲市某小區(qū)因老系統(tǒng)損壞，重新安裝設(shè)計(jì)供水系統(tǒng)后，節(jié)能效果明顯，以前每月耗電3300度，現(xiàn)在為1980度。整個(gè)系統(tǒng)有3臺(tái)不同型號(hào)的疊壓泵進(jìn)行供水輸送，用水高峰時(shí)3臺(tái)泵可同時(shí)運(yùn)行，在非用水高峰時(shí)采用上述的節(jié)能運(yùn)行方式。通過(guò)實(shí)際應(yīng)用對(duì)比表明，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的水泵使用周期明顯延長(zhǎng)，在節(jié)能降耗和裝置的平穩(wěn)性上也取得了明顯的效果，經(jīng)濟(jì)效益明顯。

實(shí)現(xiàn)城市低碳節(jié)能的主要措施有：加強(qiáng)相關(guān)管理，提高能源利用效率，減少能源浪費(fèi)；使用低碳節(jié)能產(chǎn)品設(shè)備，通過(guò)選用節(jié)能（或低碳）認(rèn)證水泵、風(fēng)機(jī)電機(jī)等設(shè)備，減少城市供水總能耗；發(fā)揮政府的職能作用，綜合運(yùn)用經(jīng)濟(jì)政策及相關(guān)法律法規(guī)促進(jìn)城市節(jié)能低碳化的實(shí)現(xiàn)；增強(qiáng)員工低碳理念，引導(dǎo)公眾參與低碳創(chuàng)新活動(dòng)，實(shí)現(xiàn)全方位城市節(jié)能低碳化。

6 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)長(zhǎng)期的供水?dāng)?shù)據(jù)分析，所設(shè)計(jì)出來(lái)的新型節(jié)能供水系統(tǒng)滿足了當(dāng)前供水行業(yè)技術(shù)革新的需求，新系統(tǒng)已經(jīng)在現(xiàn)實(shí)生活中得到了運(yùn)用，它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠，動(dòng)態(tài)參數(shù)可調(diào)等優(yōu)勢(shì)，基于MFAC和遠(yuǎn)程通訊的基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)了自主控制與遠(yuǎn)程控制的和諧統(tǒng)一，提高了系統(tǒng)的可靠性和可維護(hù)性。系統(tǒng)在滿足人們用水需求的同時(shí)，在很大程度上減少了能耗，在倡導(dǎo)節(jié)能環(huán)保的今天，該技術(shù)成果擁有廣闊的推廣空間。

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（責(zé)任編輯：鄧光輝）

The Low Carbon Technology for Frequency Constant Pressure Water Supply Control and Application

Lu Xiangjiang，Wu Yulong
（School of Mechanical Engineering，Hunan University of Technology，Zhuzhou Hunan 412007，China）

In view of the problems of instability, excessive energy consumption and long time lag of current variable frequency constant pressure water supply, the model free control method was applied to the constant pressure water supply system, and on the basis of research of water supply characteristics, the specific water supply equipment was analyzed and improved. The practice showed that the improved water supply system realized stable pressure water supply, obvious effect of energy-saving, fast response speed and long-term stable and reliable operation.

constant pressure water supply；energy-saving；water pump；frequency speed regulation

TP273

：A

：1673-9833(2014)01-0098-06

2013-11-13

盧祥江（1988-），男，湖南吉首人，湖南工業(yè)大學(xué)碩士生，主要研究方向?yàn)闄C(jī)電控制技術(shù)，

E-mail：lu_xiangjiang@163.com

10.3969/j.issn.1673-9833.2014.01.020