一種供熱泵機組變頻水泵自適應調節控制方法與流程

本發明涉及兩聯供熱泵機組，更具體地，涉及一種供熱泵機組變頻水泵自適應調節控制方法。

背景技術：

1、國內傳統一體式兩聯供熱泵機組，具備制冷制熱功能，其機組主要設備有壓縮機、翅片式換熱器、套管式換熱器、水泵等。在國產的一體式兩聯供熱泵機組中，大多廠商使用的是定頻水泵，設計前期根據機組的額定能力，計算額定流量，從一系列水泵中選擇一款負荷相對適配的水泵，但水泵行業發展至今，其服務、開發的對象更多是用戶供水、大型設備供水、化工使用，專門針對熱泵開發的型號占少數，故熱泵設計中難免出現負荷選大，能效差；選型若選小了，揚程、流量不足，無法達到最優解的情況。而在機組運行中，定頻水泵一直以額定/固定頻率運行，能效同樣很差。在用戶實際的場景中，往往因為定頻水泵的開停，使得管路的流量變化極大，產生水系統的水錘音，影響用戶體驗。而在少數使用變頻水泵的廠商中，一般通過實時監控系統需要的制冷/熱量，來決定需要的流量，從而控制水泵的轉速。對此時系統所需的揚程，缺乏計算和匹配。而且普遍缺乏對最小揚程、最小流量的判斷，機組的可靠性、穩定性和能效還有待提升。

技術實現思路

1、本發明的目的在于克服現有技術缺乏對揚程、最小流量的判斷和匹配，導致機組穩定性和能效較低的不足，提供一種供熱泵機組變頻水泵自適應調節控制方法，有效解決了揚程和流量實時匹配的難點，有效提高了機組的穩定性和能效。

2、為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案是：

3、提供一種供熱泵機組變頻水泵自適應調節控制方法，包括以下步驟：

4、s1.?獲取各個轉速下變頻水泵的揚程-流量特性曲線

5、s2.?根據用戶末端設備開啟數量，變頻水泵進行升頻和降頻操作，并記錄變頻水泵每個轉速下的流量和揚程，擬合出當前管路的揚程-流量特性曲線；

6、s3.?根據用戶末端設備開啟數量確定所需水流量，得到當前狀態下的最佳工作點以及變頻水泵的轉速；其中，工作點為管路的揚程-流量特性曲線和變頻水泵的揚程-流量特性曲線的交點；

7、s4.?根據每個末端的流量反饋，在得到當前狀態下的最佳工作點后，檢驗每個末端當前的水流量是否滿足末端的額定流量；若滿足，則按照當前轉速執行，若不滿足，則進行調頻，直至滿足。

8、本發明的一種供熱泵機組變頻水泵自適應調節控制方法，根據用戶末端設備不同的使用情況，通過變頻水泵自身調速調頻，計算出每種情況下管路的揚程-流量特性曲線；通過管路的揚程-流量特性曲線計算得到水路的揚程需求，而流量的需求則根據用戶實際使用末端設備的情況，按需供給，使得整個水系統的流量變化小，有效解決了水錘因的問題，提高了系統的穩定性，也提高了系統的能效；在調速穩定運行后又增加了檢測階段，進一步確保水系統的可靠性。

9、優選地，在步驟s1中，根據變頻水泵廠商提供的數據或通過測試得出每個轉速下變頻水泵的揚程-流量特性曲線；通過變頻水泵的流量反饋功能或者在變頻水泵的出口設置流量計，監測管路的實時流量；通過在變頻水泵的出口設置壓力表，監測變頻水泵出口的實時揚程。變頻水泵的性能曲線，在規格書上一般是規定最高轉速的性能曲線，根據系統要求自動調速，此時特性曲線平行上移（最好不超過6%）和下移（最好不超過40%），可以根據廠家數據或測試得出每個轉速下對應變頻水泵的揚程-流量性能曲線。

10、管路特性曲線在數值上等于，a為管路阻力綜合系數，q為管路水流量，但由于每個用戶的管路情況不一致，長度、管徑、彎頭三通數量都不一致，所以系數a的準確性無法保證；進一步的，末端的變化會引起管路特性曲線變化，水泵變頻也會引起水泵性能曲線的變化，但穩定后兩者會處于一個平衡。因此，在本發明中，將管路的揚程-流量特性曲線與變頻水泵的揚程-流量性能曲線的交點設為此時水路的工作點。

11、優選地，在步驟s2中，變頻水泵啟動，升頻操作，使機組實時流量q實達到機組最小流量qmin；若q實±δq=qmin，在機組最小流量穩定運行預設時間；若q實±δq大于或小于qmin，運行預設時間后，再次檢查，如果多次檢查均不滿足，則停機排查故障；其中，δq為設定的水流量允許波動范圍值。設備啟動后，先檢查整個系統是否能夠正常運行，以確保后續調頻的的穩定性，避免因系統故障而影響穩定性和準確性。

12、優選地，在步驟s2中，還包括判斷當前用戶的變頻水泵的轉速調節范圍，設變頻水泵的轉速調節范圍為r1~rn：若最小流量轉速rmin≤r1，則當前用戶的變頻水泵轉速調節范圍為r1~rn；若最小流量轉速rmin＞r1，則當前用戶的變頻水泵轉速調節范圍為rmin~?rn；將轉速調節范圍均分為三個轉速區間，第一轉速區間為rmin/r1~(r1+δr)，第二轉速區間為(r1+δr)~(r1+2δr)，第三轉速區間為(r1+2δr)~rn；其中，δr=(rn~r1)/3。假設變頻水泵的轉速調節范圍為1800r~3200r；若最小流量轉速rmin≤1800r，則當前用戶的變頻水泵轉速調節范圍為1800r~3200r；若最小流量轉速rmin＞1800r，則當前用戶的變頻水泵轉速調節范圍為rmin~3200r；將轉速調節范圍分為三個轉速區間，第一轉速區間為rmin/1800r~2300r，第二轉速區間為2300r~2800r，第三轉速區間為2700r~3200r。

13、本發明基于變頻水泵的變頻范圍，針對機組的最小流量特別做出了強調的保護措施，而且通過變頻水泵的流量反饋/流量計實時監測，可以達到去掉水流開關的作用，降本提質。

14、優選地，根據機組額定能力，計算額定水流量，將機組額定水流量的60%設定為機組最小流量，最小流量對應的頻率為機組最小流量轉速rmin。

15、優選地，所述步驟s2具體包括：

16、若用戶末端設備開啟數量n=1，變頻水泵轉速由rmin/?r1，每t秒上升nr，并記錄各轉速下的流量、揚程；運行預設時間后，通過各個轉速下的工作點，擬合出當前管路的揚程-流量特性曲線；

17、若用戶末端設備開啟數量n=2，變頻水泵轉速由(r1+δr)，每t秒上升nr，并記錄各轉速下的流量、揚程；運行預設時間后，通過各個轉速下的工作點，擬合出當前管路的揚程-流量特性曲線；

18、若用戶末端設備開啟數量n=3，變頻水泵轉速由(r1+2δr)，每t秒上升nr，并記錄各轉速下的流量、揚程；運行預設時間后，通過各個轉速下的工作點，擬合出當前管路的揚程-流量特性曲線。

19、優選地，在步驟s2中：

20、若用戶末端設備開啟數量n=1，變頻水泵在當前轉速區間下，檢測的最大水流量值q1max＜q總，q總為當前水系統所需總水流量，則變頻水泵轉速向下一個轉速區間進行調頻；若檢測的最小水流量值q1min＞q總，則按最小流量轉速rmin運行；當存在檢測的水流量值q1=q總，根據所在轉速區間各轉速的工作點，再次擬合出當前管路的揚程-流量特性曲線；

21、若用戶末端設備開啟數量n=2，變頻水泵在當前轉速區間下，檢測的最大水流量值q2max＜q總，則變頻水泵轉速向下一個轉速區間進行調頻；若檢測的最小水流量值q2min＞q總，則變頻水泵轉速向上一個轉速區間進行調頻；當存在檢測的水流量值?q2=q總，根據所在區間各轉速的工作點，再次擬合出當前管路的揚程-流量特性曲線；

22、若用戶末端設備開啟數量n=3，變頻水泵在當前轉速區間下，檢測的最大水流量值q3max＜q總，則按照最大轉速運行；若檢測的最小水流量值q3min＞q總，則變頻水泵轉速向上一個轉速區間進行調頻；當存在檢測的水流量值q3=q總，根據所在區間各轉速的工作點，再次擬合出當前管路的揚程-流量特性曲線。

23、本發明在擬合管路揚程-流量特性曲線階段，通過分區提速、降速，使得整個水系統的流量變化小，有效解決了水錘音等問題，增加系統壽命。

24、優選地，在步驟s3中，每個末端需要的額定水流量為q末，當用戶開啟一臺末端設備時，此時系統水流量略大于q末，用q’末表示；

25、若用戶末端設備開啟數量n=1，q總＝q’末，通過當前管路的揚程-流量特性曲線和當前水系統所需總水流量q總，得到當前管路的壓力損失，即水泵需提供的最低揚程，得到水泵最佳轉速；

26、若用戶末端設備開啟數量n=2，q總＝2q’末，通過當前管路的揚程-流量特性曲線和當前水系統所需總水流量q總，得到當前管路的壓力損失，即水泵需提供的最低揚程，得到水泵最佳轉速；

27、若用戶末端設備開啟數量n=3，q總＝3q’末，通過當前管路的揚程-流量特性曲線和當前水系統所需總水流量q總，得到當前管路的壓力損失，即水泵需提供的最低揚程，得到水泵最佳轉速。

28、優選地，在步驟s4中，檢測已開啟末端設備的流量q檢，檢驗每個已開啟的末端設備的流量q檢是否滿足末端設備的額定流量q末，若q檢≥q末，則按照當前轉速運行；若q檢＜q末，則提高變頻水泵的轉速，直至q檢≥q末。本發明在調速穩定后再增加檢測階段，進一步確保水系統可靠性。

29、本發明還提供一種供熱泵機組變頻水泵自適應調節控制系統，包括熱泵機組、與熱泵機組的進水端連接的變頻水泵、與熱泵機組的出水端連接的且并聯設置的若干末端設備、連接變頻水泵與末端設備的水箱、設置在水路中的用于檢測水流量或管路壓力的檢測單元、以及與變頻水泵、檢測單元通信連接的控制器，所述控制器執行以上所述的變頻水泵自適應調節控制方法。

30、與現有技術相比，本發明的有益效果是：

31、本發明的一種供熱泵機組變頻水泵自適應調節控制方法，根據用戶末端設備不同的使用情況，通過變頻水泵自身調速調頻，計算出每種情況下管路的揚程-流量特性曲線；通過管路的揚程-流量特性曲線計算得到水路的揚程需求，而流量的需求則根據用戶實際使用末端設備的情況，按需供給，使得整個水系統的流量變化小，有效解決了水錘因的問題，提高了系統的穩定性，也提高了系統的能效；在調速穩定運行后又增加了檢測階段，進一步確保水系統的可靠性。