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(dòng)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(shí)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(duì)變頻器的自動(dòng)控制、節(jié)能、環(huán)保意識(shí)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(dòng)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(duì)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(duì)之類項(xiàng)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(jì)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(duì)電機(jī)磁通電流和轉(zhuǎn)矩電流的解耦控制，實(shí)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(shí)間，全面而精準(zhǔn)的故障監(jiān)控功能為變頻器和電動(dòng)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(duì)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(dòng)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(xiàng)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(cè)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(shí)候保護(hù)電機(jī)。
3.2 設(shè)備部件：
根據(jù)工況及現(xiàn)場實(shí)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(xiàng)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(hào) |
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(xiàng)目最終順利完成。
第四章 工程設(shè)計(jì)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(dòng)；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(hào)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(shí)起到保護(hù)電機(jī)的作用。
4.2 工程設(shè)計(jì)：
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(xiàng)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(hào)傳送至中心；更具備了常規(guī)變頻器所沒有的液位探測(cè)功能，即液位信號(hào)斷開30S后（可隨意設(shè)定），變頻器停止運(yùn)轉(zhuǎn)，將水位報(bào)警信號(hào)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(qǐng)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(dòng)（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(xiàng)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(shí)間（由0HZ加速到最大輸出頻率所需時(shí)間）。
F0-15=10S； 減速時(shí)間（由最大輸出頻率減速到0HZ所需時(shí)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(shí)為外部端子控制，1時(shí)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(shí)表示水位低限，1時(shí)表示水位正常。
F4-24=30S； 液位探頭輸入1時(shí)，并延時(shí)30S判斷，恢復(fù)供水。
F4-25=30S； 液位探頭輸入0時(shí)，并延時(shí)30S判斷，停止供水。
FD-00=1； 此參數(shù)用于遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)通過RS485通訊接口控制多臺(tái)變頻器時(shí)，為每一臺(tái)變頻器設(shè)定的地址號(hào)，此系列可實(shí)現(xiàn)同時(shí)運(yùn)行1-31臺(tái)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(shí)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(shí)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(shí)控制多臺(tái)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(hào)為8011（通過了路由器映射），終端ID號(hào)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(bào)警信息等；并控制水泵的啟、停。
由于寶米勒變頻器接收03號(hào)和06號(hào)功能碼，I0鏈接地址與變頻器對(duì)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(hào)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(hào)、且波特率等與變頻器對(duì)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！
