Дослідження впливу методів частотного регулювання на енергоефективність автоматизованого електропривода насосної станції
DOI:
https://doi.org/10.31548/energiya5(81).2025.090Анотація
Насосні агрегати широко використовуються для перекачування різних рідин, а найбільше в системах водопостачання і водовідведення. Споживання води є випадковою функцією часу протягом доби (день, вечір, ранок) та залежить від пори року (літо, зима чи весна).
Ефективність та економічність роботи підприємств холодного і гарячого водопостачання, опалення, водовідведення і водоочищення міст, міських і сільських районів може бути істотно підвищена за рахунок автоматизації та впровадження регульованих електроприводів.
У статті розглянуто методи підвищення енергоефективності автоматизованого електропривода насосної станції, розроблені на основі частотного перетворювача з використанням ПІД – регулятора та МРС контролера. Проаналізовано існуючі технології регулювання продуктивності насосів такі як використання дросельних заслінок та частотних перетворювачів (ЧП). Для дослідження впливу частотного регулювання з ПІД – регулятором та цифровим двійником на енергоефективність насосних агрегатів розроблено імітаційну модель в пакеті прикладних програм Matlab.
Проведені дослідження показують, що використання частотного керування забезпечує підтримування потрібних технологічних параметрів гідро мережі зменшення енерговитрат в порівнянні з дроселюванням при нерегульованому приводі насоса, оскільки робота на постійних оборотах призводить до значних енергетичних втрат, особливо у режимах неповного навантаження.
Застосування МРС контролера дозволяє покращити якість процесу регулювання в порівнянні з ПІД регулятором і тим самим підвищити енергоефективність, антикавітаційний ефект, а предиктивна діагностика дефектів знижує незаплановні простої.
Оцінено потенціал зниження енергоспоживання та покращення ефективності роботи насосних станцій при використанні таких методів. Визначено основні переваги та недоліки частотного регулювання, а також перспективи розвитку даних технологій в контексті енергозбереження.
Ключові слова: автоматизований електропривод, водонасосна установка, частотне керування, MPC, цифровий двійник, ПІД регулятор, енергоефективність.
Посилання
1. Hieninger, T., Schmidt-Vollus, R., & Schlücker, E. (2021). Improving energy efficiency of individual centrifugal pump systems using model-free and on-line optimization methods. Applied Energy, 304, article number 117311. doi: 10.1016/j.apenergy.2021.117311.
2. Tommaso Capurso , Lorenzo Bergamini, Torresi Marco. (2022). A new generation of centrifugal pumps for high conversion efficiency. Energy Conversion and Management, 256 (39):115341. DOI:10.1016/j.enconman.2022.115341
3. Abidov, K.G., Zaripov, O.O., Khamudkhanova, N.B., Idriskhodjaeva, M.U., & Zaripova, S.O. (2023). Specific features of operating pumping units and the tasks of ensuring energy-saving modes of operation by controlling them. AIP Conference Proceedings, 2552(1), article number 030022. doi: 10.1063/5.0112384.
4. Moshnoriz, M., Tkachuk, A., Moshnoriz, M., & Gribovskij, O. (2024). Efficiency of electric drive of a centrifugal pump unit. Machinery & Energetics, 15(4), 94-105. doi: 10.31548/machinery/4.2024.94.
5. Tetyana Korenkova, Viktoriya Kovalchuk, Oleksandr Serdyuk, Vyacheslav Prus, Gennady Rykov (2023). Enerhoefektyvna avtomatyzovana systema keruvannia chastotno-rehulovanym elektropryvodom elektrohidravlichnoi ustanovky [Energy-efficient automated control system for a frequency-controlled electric drive of an electrohydraulic installation],. Electromechanical and Energy-Saving Systems, 2 (61), 54-66. DOI https://doi.org/10.32782/2072-2052.2023.2.61.7
6. Zhou, S.W.; Guo, S.S.; Du, B.G.; Wang, L.; Guo, J.; Li, Y.B.; Peng, Z.; Yu, L. (2023). Digital twin model construction method of water treatment plant. Comput. Integr. Manuf. Syst., 29, 1867–1881. [Google Scholar]
7. Ramos, H.M.; Kuriqi, A.; Besharat, M.; Creaco, E.; Tasca, E.; Coronado-Hernández, O.E.; Pienika, R.; Iglesias-Rey, P. (2023). Smart Water Grids and Digital Twin for the Management of System Efficiency in Water Distribution Networks. Water , 15, 1129. [Google Scholar] [CrossRef].
Опубліковано
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2025 Енергетика і автоматика
TЦя робота ліцензується відповідно до ліцензії Creative Commons Attribution-ShareAlike 4.0 International License.
Стосунки між правовласниками і користувачами регулюються на умовах ліцензії Creative Commons Із Зазначенням Авторства – Некомерційна – Поширення На Тих Самих Умовах 4.0 Міжнародна (CC BY-NC-SA 4.0):https://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/deed.uk
Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:
- Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи (див.The Effect of Open Access).
