Variation characteristics of aquifer parameters induced by groundwater source heat pump operation under variable flow

The variation characteristics of aquifer parameters,induced by groundwater source heat pump(GWSHP) operation under variable flow,were theoretically analyzed through a case study,in which the characteristics of building air conditioning load were considered.The results,compared with the constant flow operation,indicate that the influence on the variations of porosity,hydraulic conductivity and confined water head is decreased by 48%,51% and 71%,respectively,under variable flow operation.The security of variable flow operation is superior to that of constant flow.It is also concluded that the climate region and function of the buildings are primary factors which affect the suitability of variable flow operation in GWSHP.

Cavitation Detection in Variable Speed Pump by Analyzing the Acoustic and Vibration Spectrums

Cavitation in pumps must be detected and prevented. The present work is an attempt to use the simultaneous measurements of vibration and sound for variable speed pump to detect cavitation. It is an attempt to declare the relationship between the vibration and sound for the same discharge of 780 L/h and NPSHA of 0.754 at variable speeds of 1476 rpm, 1644 rpm, 1932 rpm, 2190 rpm, 2466 rpm, and 2682 rpm. Results showed that: the occurrence of cavitation depends on the rotational speed, and the sound signals in both no cavitation and cavitation conditions appear in random manner. While, surveying the vibration and sound spectrums at the second, third, and fourth blade passing frequencies reveals no indications or phenomenon associated with the cavitation at variable speeds. It is recommended to survey the vibration spectra at the rotational and blade passing frequencies simultaneously as a detection unique method of cavitation.

Numerical simulation of transient flow performance during different periods in centrifugal pumpNumerical simulation of transient flow performance during different periods in centrifugal pump

The instantaneous variations of the hydraulic characteristics take place in centrifugal pumps during their start-up,shutdown and other variable speed operations.In this paper,the variable speed method was proposed to simulate the transient internal flow field and the external performance of the pump during starting and stopping periods.The terms of accelerations due to variable speeds in the flow governing equations were analyzed in a multiple reference of frame(MRF).A transient CFD simulation was performed for a typical centrifugal pump by using ANSYS-CFX with the standard k-εturbulence model.The entire simulation process was composed of four stages:start-up,normal run,shutdown and post-shutdown.The function of rotating speed with regard to time was set by CEL language directly into the impeller domain in the pre-processor of the software to conduct variable speed simulation.The variations of the flow field in the centrifugal pump were obtained from the transient simulation.The changing laws of flow rate,head and other performance parameters over time were also analyzed and summarized.

SVM Algorithm for Vibration Fault Diagnosis in Centrifugal Pump

Vibration failure in the pumping system is a significant issue for indus-tries that rely on the pump as a critical device which requires regular maintenance.To save energy and money,a new automated system must be developed that can detect anomalies at an early stage.This paper presents a case study of a machine learning(ML)-based computational technique for automatic fault detection in a cascade pumping system based on variable frequency drive(VFD).Since the intensity of the vibrational effect depends on which axis has the most significant effect,a three-axis accelerometer is used to measure it in the pumping system.The emphasis is on determining the vibration effect on different axes.For experiment,various ML algorithms are investigated on collected vibratory data through Matlab software in x,y,z axes and performances of the algorithms are compared based on accuracy rate,prediction speed and training time.Based on the proposed research results,the multiclass support vector machine(MSVM)is found to be the best suitable algorithm compared to other algorithms.It has been demonstrated that ML algorithms can detect faults automatically rather than conventional meth-ods.MSVM is used for the proposed work because it is less complex and pro-duces better results with a limited data set.

EACHTCS智能变频除湿热泵烤房研究与应用

针对使用燃煤烤房污染大、成本高等问题,研究应用一种以变频热泵为热源的智能变频除湿热泵烤房,以常规电热泵供热烤房和燃煤密集烤房为对照,对比分析该型烤房在烘烤能耗、烟叶质量等方面的差异。结果表明:与传统燃煤型密集烤房相比,EACHTCS智能变频除湿热泵烤房能耗成本可降低40.8%;与普通热泵烤房相比,节能效果可达14.9%。烤后烟叶结构疏松,香气量足,油分增多,上等烟比例可提高3%~5%(绝对值)。综合分析,该型烤房可为优化当前密集烤房供热方式、改善烘烤性能、推动烟叶烘烤降本增效提供借鉴。

蒙开个地区河库连通工程的泵站运行方式研究

蒙开个地区河库连通工程包含南洞一级泵站、南洞二级泵站和长桥海泵站,研究水泵机组不同运行方式对各泵站运行能耗的影响有助于提升工程运行效益。构建了考虑定速节流运行方式和变频调节运行方式下3座泵站站内机组优化组合模型,运用标准遗传算法、精英保留遗传算法对模型进行求解,考虑变频调节装置成本,分析了改造方案的经济性。结果表明:精英保留遗传算法在求解精度上与标准遗传算法相差较小,但在求解效率上显著优于标准遗传算法,能够更好地求解蒙开个地区河库连通工程的泵站机组优化组合模型;变频调节运行方式的节能效果最为显著,各级泵站在流量范围中段存在高效节能段;当各级泵站大部分时间提水流量低于0.7 m^(3)/s或接近满带流量,无需变频改造;其他情况下改造后各级泵站能快速实现正向收益,经济效益较为明显。研究可为蒙开个地区河库连通工程的泵站节能改造提供参考。

基于滑模变结构的风电机组一次调频算法研究

针对并网风电场中,经典一次调频控制方法存在抗干扰能力弱、机组易脱网的问题,提出一种基于滑模变结构的风电机组一次调频控制算法。首先,在永磁同步风电机组工作原理的基础上,建立含有大电网的风电机组模型。其次,为了解决传统比例积分微分(proportional integral differential,PID)控制下抗干扰能力弱的问题、引入经典滑模变结构控制器。然后,针对经典滑模变结构控制器导致执行机构存在抖振较多的缺点,提出一种基于sigmoid函数趋近率的滑模变结构一次调频控制算法。最后,通过MATLAB/Simulink对风电机组一次调频进行建模仿真,并与经典控制算法相比,验证了所提算法的可行性,在风速波动和电网故障的环境下,滑模变结构一次调频控制算法更具有效性。

混流式水电机组一次调频运行区分级划分方法——以拉西瓦水电站为例

混流式水电机组变水头宽负荷一次调频性能,是构建灵活电力平衡体系、保证频率稳定的重要内核。在水电站稳定性试验前提下,本文提出以一次调频电气特性为基准的运行区分级划分方法。该方法以调节时间、稳定时间和积分电量合格与否为分级划分基准,利用区域面积、区域中心和区域综合性能进行系统评价。以西北地区调频电厂拉西瓦水电站为例,通过与实验数据对比验证数学模型。在确认计算准确性基础上,以调频性能为优化目标,探究管径、转动惯量、积分增益等水机电参数对运行区分级划分的影响规律。最后,总结水机电参数对调频性能与运行区的贡献度占比,指出混流式水电机组变水头宽负荷一次调频运行优化的方向。

考虑不对称转速边界约束的变速抽蓄机组综合惯量调频控制

当系统出现频率跌落时,变速抽蓄机组可大幅降低转速、迅速释放转子动能,从而为系统提供惯量支撑,但目前已有的调频方案未能有效发挥变速抽蓄机组的这一优势。为充分利用转子动能,提出一种考虑不对称转速边界约束的变速抽蓄机组综合惯量调频控制策略。首先,从变速抽蓄机组的有功支撑特性和不对称转速约束条件出发,得出适用于变速抽蓄机组的最优频率控制结构,该结构中包含两个时间常数不同的虚拟惯量控制环节。然后,分析各惯量控制环节的作用并整定相关参数。在此基础上,计及变速抽蓄机组运行特性与电力系统调频需求,设计了变速抽蓄机组不对称综合惯量控制策略,使得机组转速降低时可以为系统提供更大的惯量支撑。仿真结果表明,所提调频策略能够充分发挥变速抽蓄机组的优势,维持系统频率稳定。

初始转速与导叶控制策略对变速抽水蓄能机组泵断电过程影响规律研究

在可变速抽水蓄能机组泵断电暂态过程中,因导叶关闭引起的压力波动、回流、转速双峰等不利现象,极大影响了机组及压力管道系统的安全运行;初始转速作为影响机组动态特性的重要参数,其对泵断电过程中转速、流量的影响规律尚不明晰。针对以上问题,基于一维瞬变流理论特征线法和改进Suter变换法,构建可变速抽水蓄能机组调节系统模型。通过对可变速抽水蓄能机组泵断电过程进行模拟,分析了导叶关闭时间对特征参数的影响规律,阐明了初始运行转速与倒流流量、反转转速极值之间的内在联系。结果表明,正转正流阶段和正转逆流阶段的初期各特征参数时域响应趋势极为相近;与此同时,对比不同导叶关闭时间的结果,得出由反转逆流阶段进入停机能够增强机组及压力管道系统安全性的结论;此外,在同一扬程和入力条件下,采用不同初始运行转速对泵断电过程进行模拟,得出流量、转速极值特性与初始运行转速呈负相关的结论。

变速抽水蓄能机组功率优先控制模式的运行稳定域分析

变速机组相较于传统定速机组在运行和调节中具有快速、高效、灵活和可靠等优点。然而变速抽水蓄能电站刚刚起步,其在有功功率调节过程中的运行稳定性需要进一步研究。本文中基于MATLAB和Simulink作为主要工具研究变速抽水蓄能电站在有功功率调节中的动态稳定性。首先,建立了一个变速抽水蓄能电站的水-机-电耦合的数学模型。然后,建立13阶状态矩阵用于理论研究系统的动态稳定性,并进行时域模拟进一步验证和分析,验证了理论矩阵和数学模型的有效性和合理性。结果表明,变速抽水蓄能机组在并网条件下的有功功率调节的过程中,可能面临失去稳定性的风险,这是定速机组不会出现的新问题。因此,在变速抽水蓄能电站的设计和运行过程中,需要重点关注系统特性参数与控制参数的匹配问题。研究结果可为提高变速抽水蓄能电站调节稳定性提供技术参考。

基于变下垂系数的风电全直流输电系统一次调频协调控制策略

风电场经直流汇集-直流送出的风电全直流输电系统中,直流系统的存在会解耦风电场和受端电网的频率耦合,在传统控制策略下对受端电网频率支撑能力弱。为此,提出一种针对风电全直流输电系统的一次调频变下垂协调控制策略。首先,提出基于Logistic函数的电压-频率变下垂频率传递策略,以直流系统电压为媒介,建立起电网频率与风电场功率的耦合关系。基于该频率传递策略,构建了由受端换流站的变下垂虚拟同步发电机(virtual synchronous generator,VSG)控制、直流升压站的改进双闭环控制及风力发电机的变下垂减载控制组成的风电全直流输电系统一次调频协调控制策略,实现系统无通信传递频率并参与电网一次调频。最后,利用Matlab/Simulink软件搭建风电全直流输电系统仿真模型,在不同工况下进行仿真验证。仿真结果表明,所提控制策略能使风电场在不依赖远端通信的情况下实现对电网的一次调频,同时,有效减小了调频过程中直流电压的波动幅度。

土壤源热泵地埋管侧水系统优化运行研究

本文基于江苏无锡某典型厂房土壤源热泵空调项目的实测数据,以地源侧系统总能耗最低为目标,构建设备模型对地源水泵运行工况进行优化,并与两种传统控制策略的运行效果进行对比,据此提出进一步的优化建议。结果表明:基于负荷的优化控制策略,其节能效果要明显优于定频控制策略,冬夏季典型测试日平均节能率分别为28.33%和13.27%,相比于5℃温差变频策略节能了3.61%和2.21%。适当增大地埋管的埋管深度或管径,可以进一步提升该优化控制策略的节能效果。传统的定温差控制策略在负荷率大于60%时,可在5℃基础上将温差增加1~5℃以提升节能效果。

风电场与多分布式变速抽水蓄能协同调频控制

针对单个变速抽蓄调频容量不足和风电场调频后转子转速恢复容易引发频率二次跌落的问题,提出一种风电场与多分布式变速抽水蓄能协同调频控制策略。首先,当电网发生频率事件时,该策略根据风电场风速和区域内多分布式变速抽水蓄能可调节容量对电网频率提供支撑。然后,针对风电调频后转子转速恢复过程容易引发系统频率二次跌落的问题,在风电转子转速恢复时通过多分布式变速抽蓄提供功率支撑来缓解系统频率二次跌落。最后,以含风电场与分布式变速抽蓄的四机两区域系统为例,通过Matlab/Simulink仿真验证了所提控制策略相比风电场和多分布式变速抽水蓄能独立调频对于系统具有更好的调频效果。

基于TRNSYS的数据中心制冷系统能耗分析

数据中心制冷系统采用变频泵技术和自然冷却技术可以有效降低运行时制冷系统能源浪费问题。本文以上海某数据中心为研究对象,利用TRNSYS仿真平台建立其制冷系统能耗模型,基于模型对该数据中心原有定频泵系统、变频泵系统、变频+自然冷却系统进行能耗分析研究。结果表明:变频系统及变频+自然冷却系统能够有效降低该数据中心电能使用效率(PUE),100%负载率时,变频系统下的PUE为1.34;100%负载率时,变频+自然冷却系统下的PUE为1.27。

基于TRNSYS太阳能地源热泵供暖系统仿真研究

利用DEST建筑能耗模拟软件,对张家口市某建筑进行全年逐时热负荷模拟,利用太阳能和地热能两种可再生能源作为供暖热源,以TRNSYS建立太阳能地源热泵系统仿真模型,在供暖期采用定流量和变流量两种不同的系统运行方式进行模拟分析,分析结果表明,两种供暖系统COP分别为3.74和4.29。采用定流量方式运行时,循环水泵总能耗为9610.87kW/h,热泵机组总能耗为26122.69kW/h,系统总能耗为35733.56kW/h。负荷侧采取变流量方式运行时循环水泵总能耗为6229.89kW/h,热泵机组总能耗为24961.36kW/h,系统总能耗为31191.25kW/h。根据结果可看出,相对于定流量运行,用户侧变流量运行下系统COP提高14.7%,系统总能耗减少14.56%。负荷侧变流量运行下太阳能地源热泵系统整体性能更优。

夏热冬暖地区办公建筑空调系统节能优化研究

随着社会经济的高速发展,办公建筑的数量及能耗日趋增加,为了缓解能源紧缺现状,对既有办公建筑的节能改造成为节约能耗、降低碳排放的重要手段之一。对于夏热冬暖地区,其办公建筑能耗主要为空调系统制冷,本文基于深圳市某办公建筑的原始空调系统,提出两种基于空调系统主要设备的节能优化方案,即磁悬浮机组+变频冷冻水系统、变流量机组+变频变流量系统。通过Trnsys软件对提出的2种优化方案进行对比分析。结果表明,对冷水机组进行设备改换和采用变频技术能在一定程度上降低空调系统能耗,系统的COP有较大的提升。

煤矿井下水力压裂自动控制系统设计

分析指出目前煤矿井下水力压裂技术面临压裂泵输出压力和流量无法快速精确调节、远程安全监控效果及自动化水平有待提高等难题。设计了一种煤矿井下水力压裂自动控制系统。根据煤矿井下水力压裂工艺及系统构成,明确了控制系统关键技术为高压大流量压裂泵输出流量和压力的快速精确调节,远程高可靠性安全、高速实时监控,一键启停及图形化分析等。以KXH12本安型控制器为核心,搭配变频器、组合开关、监控主机、电动开度球阀等设备,以及光纤加CAN总线的双线冗余通信方案,研发了控制系统硬件,并编制了压裂泵控制器、水箱控制器及中央控制器软件,实现了压裂系统快速变流量注水、稳定保压及远程高速实时监控和报警等功能。在煤矿现场对水力压裂自动控制系统进行工业性试验,结果表明该系统压力控制精度为0.1 MPa,流量控制精度为0.1 m3/h,在连续完成14次压裂过程中,每次煤岩层开裂后均能实现较好的保压效果,且操作简单,安全性高,满足煤矿井下水力压裂工艺要求。

改善惯性响应与一次调频的风电全直流系统协调控制策略

针对风电全直流系统并网给交流电网带来的系统惯量降低、调频能力不足等问题,提出一种改善惯性响应与一次调频的变系数风电全直流系统协调控制策略。在惯量响应方面,网侧换流站采用惯性同步控制,直流升压站采用恒变比控制,实现直流电容对电网的惯量支撑及直流低压侧的直流电压对交流系统频率的感知,在此基础上对直流风电机组(direct current wind turbine,DCWT)附加变虚拟惯性系数的虚拟惯量控制,使风电全直流系统在不同频率响应阶段具备不同的等效惯量。在一次调频方面,DCWT采用超速与变桨相结合的减载运行方式,通过变下垂控制来改变其有功出力,充分利用不同风速下的备用容量,使风电全直流系统更有效地参与一次调频。仿真算例表明,文中所提策略改善了风电全直流系统接入后电力系统的惯性响应及一次调频。

双有源桥串联欠谐振变换器的最小回流电流控制

该文采用时域分析法对双有源桥串联欠谐振电路进行了分析,得到电感电流在稳态时的表达式并推导所有开关管实现软开关的条件。由于电压增益偏离1时仅采用移相控制难以实现所有开关管的软开关,因此,该文在传统移相控制的基础上,引入额外的变频控制策略,使得电路在不同的电压增益和负载条件下都能有较好的软开关性能。然而,软开关的实现会增加电路的回流电流,影响电路的传输效率。该文对所提出的变频移相控制进行了进一步的优化,使其可以在确保电路实现软开关的同时产生最小的回流电流和电感电流有效值。所提出的控制策略在一台2 kW的样机中进行了验证。