寶米勒變頻器在太陽能揚(yáng)水系統(tǒng)中的應(yīng)用
bmller 2021-04-02
第一章：引言
當(dāng)今許多因素正沖擊著全球電力工業(yè)，在國外電力生產(chǎn)商之間有著十分激烈的競爭,，而世界范圍內(nèi)電力生產(chǎn)的市場化加速了生產(chǎn)商采用新技術(shù),；尤其是近兩三年來，夏季持續(xù)高溫造成許多省市電力供應(yīng)緊張,，供電已經(jīng)不能滿足急速膨脹的電力需求,，拉閘限電現(xiàn)象日趨嚴(yán)重。由于電力網(wǎng)負(fù)擔(dān)過重,，造成局部電力系統(tǒng)極其不穩(wěn)定,，這種現(xiàn)象已經(jīng)嚴(yán)重影響了人民的日常生活和經(jīng)濟(jì)的正常運(yùn)行。我們注意到的全國節(jié)能活動中,，宣傳重點(diǎn)是民用和商業(yè)用電的節(jié)約,，而工業(yè)用電的節(jié)約則被淡化了。其實工業(yè)所耗用的電量占總用電量的比重極大,，因此我們更應(yīng)該把更多的目光投入到工業(yè)用電的節(jié)約上來,。
這樣環(huán)境要求給所有的電力供應(yīng)商增加了額外的責(zé)任，使大功率變頻器的市場開發(fā)空間大大拓展,。變頻器的最終用戶對變頻器的自動控制,、節(jié)能,、環(huán)保意識越來越強(qiáng)烈，迫使其上游提供者尤其是系統(tǒng)集成商更加重視顧客變頻調(diào)速技術(shù)方面的需要,。一般講,，在占工業(yè)用電50%--60%的風(fēng)機(jī)、泵和壓縮機(jī)等通用機(jī)械上使用變頻調(diào)速裝置,，可以節(jié)電30%左右,。這一類通用機(jī)械的驅(qū)動電機(jī)一般是工頻電機(jī)，具有各種可供選擇功能的通用變頻器,，其輸出頻率在0—400HZ之間,，正適合之類機(jī)械。
變頻器技術(shù)具有“工業(yè)維生素”之譽(yù),，是工業(yè)企業(yè)和日常生活中普遍需要的新技術(shù),；是高科技領(lǐng)域的綜合性技術(shù)；是替代進(jìn)口,，節(jié)約投資的最大領(lǐng)域之一,；是節(jié)約能源的高新技術(shù)。目前,，低壓變頻器已經(jīng)非常普及和成熟,，也正在被人民所關(guān)注和逐步應(yīng)用。變頻器除了有卓越的調(diào)速性能之外,，還有顯著的節(jié)約電能和保護(hù)環(huán)境等重大作用,，是企業(yè)技術(shù)改造和產(chǎn)品更新?lián)Q代的理想調(diào)速裝置，變頻器的出現(xiàn)讓工業(yè)領(lǐng)域的節(jié)能閃現(xiàn)了新的亮點(diǎn),。
但通用的變頻器大多針對一般變頻調(diào)速使用,，而在環(huán)境惡劣的山區(qū)，周圍的電力不足,，只利用太陽能翻板發(fā)電,，通用的變頻器則不能發(fā)揮出應(yīng)有的效果。針對之類項目,，我們公司選擇BMLLER品牌的太陽能揚(yáng)水系統(tǒng)專用型變頻器,。
第二章 寶米勒變頻器介紹
寶米勒MC200系列是新一代模塊化設(shè)計的高性能矢量控制變頻器。采用32-bit電機(jī)專用數(shù)字處理器DSP和具有現(xiàn)代先進(jìn)水平的逆變模塊IGBT,采用最新的磁鏈與速度估算的運(yùn)算處理技術(shù),，通過對電機(jī)磁通電流和轉(zhuǎn)矩電流的解耦控制,，實現(xiàn)了高性能的無速度傳感器矢量控制。
卓越穩(wěn)定的性能,，靈活的功能設(shè)置,，強(qiáng)化的環(huán)境適應(yīng)性的時間，全面而精準(zhǔn)的故障監(jiān)控功能為變頻器和電動機(jī)提高良好的保護(hù),，因此具有很高的運(yùn)行可靠性和應(yīng)用的多樣性,。
寶米勒變頻器豐富的產(chǎn)品陣容,，以“應(yīng)用于所有領(lǐng)域”為目標(biāo)，定制化的行業(yè)應(yīng)用方案,，能夠更好的滿足變頻器產(chǎn)品應(yīng)用的各種需求,，堪稱變頻控制領(lǐng)域的經(jīng)典之作。
針對于太陽能揚(yáng)水系統(tǒng)的專用高性能變頻器,，更具有超出同類產(chǎn)品的防跳閘性能和適應(yīng)惡劣電網(wǎng),、溫度、濕度和粉塵的能力,，極大提高產(chǎn)品可靠性,；通過配置自動節(jié)能功能，可簡單地進(jìn)行節(jié)能控制,。內(nèi)置PID控制器,、簡易PLC、RS485通訊端口,、外置供水控制器,，可以廣泛應(yīng)用于風(fēng)機(jī)、泵等二次方遞減轉(zhuǎn)矩負(fù)載,。
第三章 工程描述
3.1 項目工況：
供水設(shè)備安裝于云南省富寧縣龍門村,，水源為山底小河，需要將水送至遠(yuǎn)方山坡上去,。山地距離小河100米,，小河至山頂所需用水的蓄水池垂直高度為250米，山坡目測為45度傾斜角,，沿山坡鋪設(shè)管路約為1100米,。周圍沒有交流電源，只依靠太陽能翻板提供DC540V和DC9V電源,。山頂上設(shè)有監(jiān)控中心,，需要讀取水泵運(yùn)行的狀態(tài)和啟,、停水泵,，故障監(jiān)視;并在設(shè)備故障后短信告知用戶。電柜為露天放置,，小河設(shè)有水位保護(hù)器,，需要在干涸的時候保護(hù)電機(jī)。
3.2 設(shè)備部件：
根據(jù)工況及現(xiàn)場實際情況,，考慮到河流水源在日常及汛期含有較多泥沙及落葉等雜志,，我公司選用耐磨損抗砂性能較強(qiáng)的潛水泵及潛水電機(jī)，并且在潛水泵外部配套過濾網(wǎng)及導(dǎo)流裝置,。根據(jù)項目需要,，我公司選用VP系列潛水泵VP17-35(Q=15T,H=320M),。
3.3 控制部件
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名稱 |
品牌 |
型號 |
備注 |
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總斷路器 |
施耐德 |
C65H-DC2C63 |
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變頻器 |
寶米勒 |
MC200P0300T4 |
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GPRS模塊 |
才茂 |
CM3180EP |
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電抗器 |
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CGSG-0.396,2.2V,60A |
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液位保護(hù)器 |
凡宜 |
FASA20M |
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組態(tài)軟件 |
力控 |
64點(diǎn)通用版 |
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工控機(jī) |
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客戶提供 |
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手機(jī)卡 |
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客戶提供 |
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固定IP |
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客戶提供 |
在此系統(tǒng)中，寶米勒變頻器發(fā)揮了優(yōu)異的性能,，起到了無可替代的作用,，使項目最終順利完成。
第四章 工程設(shè)計理念
4.1 工程方案思路：
主回路由寶米勒變頻器將現(xiàn)場的DC540V逆變?yōu)锳C380V給電機(jī)供電,，并外加輸出電抗器穩(wěn)定電壓波動,；控制回路由才茂的DTU和力控的組態(tài)軟件來完成。DTU和變頻器通過RS485連接,，采用透明傳輸模式,，即將采集到的數(shù)據(jù)分包通過GPRS信號傳送至中心路由器，路由器通過映射端口到客戶本機(jī),，上位機(jī)與變頻器之間采用標(biāo)準(zhǔn)的MODBUS協(xié)議通訊,。由通訊命令來控制電機(jī)啟、停,，及調(diào)節(jié)頻率,。河中裝設(shè)水位保護(hù)器，在干涸時起到保護(hù)電機(jī)的作用,。
4.2 工程設(shè)計：
4.2.1 寶米勒變頻器的應(yīng)用：
寶米勒變頻器更具備逆變作用,，將DC540V逆變?yōu)锳C380V供電；該項目控制分為就地和遠(yuǎn)程控制模式,，BMLLER變頻器具備端子切換外部控制與通訊控制,，并有信號傳送至中心；更具備了常規(guī)變頻器所沒有的液位探測功能,，即液位信號斷開30S后（可隨意設(shè)定）,，變頻器停止運(yùn)轉(zhuǎn)，將水位報警信號傳送至中心,。寶米勒變頻器與DTU為RS485串口連接,，與上位機(jī)采用了MODBUS標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議；上位機(jī)每隔3000ms通過網(wǎng)橋GPRS向變頻器請求數(shù)據(jù),，變頻器得到命令后立即響應(yīng),，通過DTU回傳數(shù)據(jù)至中心。其中,，通訊的參數(shù)包含：控制模式（R）,、狀態(tài)（R）、電壓（R）,、電流（R）,、頻率（R）、轉(zhuǎn)速（R）,、故障信息（R）,；啟動（R/W）,、停止（R/W）、故障復(fù)位（W）,。
寶米勒變頻器不僅功能全面,，而且使用更加簡便。以下列出了此次項目中使用到的參數(shù)組：
F0-02=0,； 運(yùn)行方式選擇為普通運(yùn)行,；BMLLER還包含了：簡易PLC運(yùn)行、過程PID允許,、多段速運(yùn)行模式,。
F0-03=1; 允許指令選擇為外部端子控制；BMLLER還包含了:操作面板控制,、上位機(jī)通訊控制,。
F0-12=25HZ； 由于電機(jī)最低允許運(yùn)轉(zhuǎn)頻率為25HZ,，所以設(shè)置該參數(shù)為最低運(yùn)轉(zhuǎn)頻率,。
F0-14=10S； 加速時間（由0HZ加速到最大輸出頻率所需時間）,。
F0-15=10S,； 減速時間（由最大輸出頻率減速到0HZ所需時間）。
F1-00=22KW,； 電機(jī)額定功率,。
F1-01=380V； 電機(jī)額定電壓,。
F1-02=47.5A,；電機(jī)額定電流。
F1-03=50HZ,； 電機(jī)額定頻率,。
F1-04=2810； 電機(jī)額定轉(zhuǎn)速,。
F4-01=23,； 將X2端子定義為外部與通訊切換；即0時為外部端子控制,，1時為上位機(jī)控制,。
F4-02=24,； 將X3端子定義為液位探頭輸入狀態(tài),；即0時表示水位低限，1時表示水位正常,。
F4-24=30S,； 液位探頭輸入1時,，并延時30S判斷，恢復(fù)供水,。
F4-25=30S,； 液位探頭輸入0時，并延時30S判斷,，停止供水,。
FD-00=1； 此參數(shù)用于遠(yuǎn)程計算機(jī)通過RS485通訊接口控制多臺變頻器時,，為每一臺變頻器設(shè)定的地址號,，此系列可實現(xiàn)同時運(yùn)行1-31臺變頻。
FD-01=3; 波特率選擇為9600,；BMLLER還包含1200,、2400、4800,、19200.
FD-02=1,； 數(shù)據(jù)格式選擇為E.8.1；同時BMLLER還包含N.8.1,、O.8.1,、N.8.2、E.8.2,、O.8.2數(shù)據(jù)格式,。
FD-03=10S； 通訊故障判斷時間設(shè)定為10S,，故障后停機(jī),。
MC200系列變頻器除了以上功能外，也可以用作PID過程控制,，同時控制多臺水泵,，達(dá)到恒壓的效果。
4.2.2 力控組態(tài)軟件應(yīng)用：
力控組態(tài)軟件采用6.1版本,，建立IO設(shè)備組態(tài),，選擇標(biāo)準(zhǔn)MODBUS （RTU串行口），經(jīng)過如下設(shè)置：
通信方式選擇網(wǎng)橋GPRS,，通訊設(shè)備廠家為廈門才茂科技,，端口號為8011（通過了路由器映射），終端ID號66666666（與DTU保持一致）,。
用戶需要監(jiān)控電壓,、電流、頻率、轉(zhuǎn)速,、控制模式,、當(dāng)前狀態(tài)、報警信息等,；并控制水泵的啟,、停。
由于寶米勒變頻器接收03號和06號功能碼,，I0鏈接地址與變頻器對應(yīng),；需要注意力控為10進(jìn)制，變頻器為16進(jìn)制,，需要轉(zhuǎn)換后輸入,，并在地址上增加1位。
4.2.3 才茂DTU應(yīng)用：
DTU好比傳輸過程中的橋梁,，將變頻器的參數(shù)采集后打包,，通過GPRS信號無線傳輸至中心服務(wù)器。采用RS485連接,，通過透明模式輸出數(shù)據(jù),。需要設(shè)置中心地址、中心端口號,、且波特率等與變頻器對應(yīng),。如下圖所示：
4.2.4 工程通訊完成：
由于BMLLER變頻器具備了逆變、通訊,、水泵專用控制等功能,，并在惡劣的環(huán)境下運(yùn)行相當(dāng)穩(wěn)定，以及其它各部件的配合,，使水泵正常供水,，用戶可以直觀的監(jiān)控水泵運(yùn)行狀態(tài)。
第五章 結(jié)論與展望
隨著農(nóng)村日趨發(fā)展與革新,，太陽能光伏配合變頻調(diào)速器的使用率日益顯得更為重要,。這些都將需要變頻器具備優(yōu)異的控制及調(diào)速性能，高效率,、易維護(hù)等特點(diǎn),；能在條件惡劣的環(huán)境下，穩(wěn)定的運(yùn)行,。因此變頻器行業(yè)也因加快自己的創(chuàng)新發(fā)展步伐以求新的發(fā)展,，創(chuàng)造新的輝煌！
