中國水網(wǎng)專家陳運(yùn)珍在6月份落幕的“2009水業(yè)高級技術(shù)論壇”會刊征文中,，撰文指出變頻調(diào)速是供水系統(tǒng)節(jié)能的最佳選擇，陳運(yùn)珍原北京市市政工程設(shè)計(jì)研究總院二所副所長,，擅長“電氣與自控”工程的設(shè)計(jì),、評標(biāo)、審核,，承擔(dān)過承擔(dān)過北京及深圳市供水調(diào)度廣域網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)工程及北京水源九廠,、深圳東湖泵站等幾十項(xiàng)大中型給水排水的供配電系統(tǒng)及復(fù)雜的綜合自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)工程的設(shè)計(jì)任務(wù)。

由于全國各省市城鎮(zhèn)化建設(shè)的飛速發(fā)展,，近年來出現(xiàn)嚴(yán)重缺電缺水現(xiàn)象,。許多城市出現(xiàn)限電限水現(xiàn)象。國家出巨資進(jìn)行大規(guī)模的給水排水工程建設(shè),。據(jù)統(tǒng)計(jì)及預(yù)測,，全國城市每天缺水2000萬m3，每天排放污水量約1億m3,，我國每年新建擴(kuò)建的水廠近600萬m3/d,，污水處理廠的處理能力將達(dá)到700萬m3/d左右。
　　在給排水工程的建設(shè)和管理運(yùn)行中,，設(shè)備運(yùn)行管理費(fèi)用很高,，其中水廠的電耗約占50％。大多數(shù)新建的FCS,、DCS,、PLC監(jiān)控系統(tǒng)也不能進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)化監(jiān)控，造成許多資源的消費(fèi),。有許多廠站存在先天性的缺陷,，變電站位置不合理,，配電電纜太多太長，變壓器等設(shè)備選擇不合理,，特別是水泵機(jī)組選擇不合理,，工藝流程總體布局不合理，使給水排水系統(tǒng)的電耗居高不下,。給排水廠運(yùn)行管理,，應(yīng)從工藝流程及其配套用電設(shè)備的變配電系統(tǒng)的綜合設(shè)計(jì)系統(tǒng)、加藥系統(tǒng),、水泵機(jī)組系統(tǒng)的三方向進(jìn)行重點(diǎn)研究,，要制定每噸水的綜合制造單位電耗和藥耗標(biāo)準(zhǔn)，即從每噸水的投資到運(yùn)行的最佳的代價(jià)做文章,。在這里,，單就水泵機(jī)組的最佳節(jié)能技術(shù)選擇進(jìn)行分析和研究。
實(shí)例分析

　　從上世紀(jì)七十年代開始,，幾十座大中小型規(guī)模給水廠站的設(shè)計(jì),，就打破了常規(guī)設(shè)計(jì)的保守選泵法，采用串級調(diào)速或變頻調(diào)速技術(shù),，使供水系統(tǒng)的出廠水流量和揚(yáng)程,，盡量適應(yīng)其配置的管網(wǎng)系統(tǒng)特性的變化，提高水泵的運(yùn)行效率,，盡量使供水調(diào)度得到經(jīng)濟(jì)合理,，維持管網(wǎng)未端壓力穩(wěn)定運(yùn)行。
　　北京市水源九廠開始設(shè)計(jì)時(shí),，打破了常規(guī)設(shè)計(jì)的做法,，從工藝流程到變配電設(shè)備選型，不是按最高日最高時(shí)的流量和其對應(yīng)的壓力為工作點(diǎn)來選不同容量水泵和水泵組合,；而是在滿足最大設(shè)計(jì)水量的基礎(chǔ)上,，盡量使調(diào)速高效特性曲線接近系統(tǒng)的特性曲線，也就是說,，盡量將各種調(diào)速泵組合的高效區(qū)能套入出現(xiàn)機(jī)率最高的工作段或點(diǎn)上,。調(diào)速泵臺數(shù)，應(yīng)在全年內(nèi)運(yùn)行工況中開泵出現(xiàn)次數(shù)最多的臺數(shù)為需要的臺數(shù),，而備用泵選用定速泵,。
　　先看取水泵站。取水泵站的各種臺數(shù)組合的高效中心線,，均在系統(tǒng)特性曲線的左側(cè),。在設(shè)計(jì)運(yùn)轉(zhuǎn)臺數(shù)時(shí)，應(yīng)將高效中心線包入最大流量點(diǎn)的曲線段，曲線向右下方移動(dòng),，流量加大而揚(yáng)程降低,，使其與4臺泵運(yùn)轉(zhuǎn)的系統(tǒng)特性曲線重合或靠近，水泵綜合運(yùn)轉(zhuǎn)效率就會更高,。從系統(tǒng)分析看,，水泵同時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)4臺為最經(jīng)濟(jì)，考慮分期建設(shè),，第一期選用兩臺容量最大的水泵調(diào)速將更經(jīng)濟(jì)合理,。
　　再看配水廠站配置。從電算可知,，首期2臺泵運(yùn)轉(zhuǎn)出現(xiàn)機(jī)率最高,，其次為3臺，同時(shí)各種臺數(shù)組合的高效區(qū)均能包入高日高時(shí)流量的基礎(chǔ)上向右下方移動(dòng),，見上圖,。加大額定流量降低額定揚(yáng)程，使配水泵綜合的高效中心線介于兩三臺水泵運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)系統(tǒng)特性曲線之間,，二期后同時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)需要4臺,，再考慮日變時(shí)變率，運(yùn)轉(zhuǎn)泵均為調(diào)速泵比較合理,。當(dāng)一臺調(diào)速泵有故障時(shí),，三調(diào)一定運(yùn)轉(zhuǎn)，其綜合效率降低一點(diǎn),，而工作揚(yáng)程還是較高。所以,，備用泵選用定速泵比較經(jīng)濟(jì)合理,。
供水系統(tǒng)可選的幾種變頻調(diào)速技術(shù)
　　從上世紀(jì)80年代開始，我國水工業(yè)真正步入了變頻調(diào)速時(shí)代,。如北京水源九廠,、深圳梅林水廠、深圳中西部源水系統(tǒng)各泵站,、北方南水北調(diào)各大輸水泵站,、上海原水公司和自來水公司、上海排水管理公司,、廣州,、福州、廈門,、東莞,、天津、重慶,、石家莊,、昆明,、成都、潮州,、大慶油田等自來水公司的上百個(gè)大中型水廠和泵站都選用了變頻調(diào)速裝置,。水泵電機(jī)容量從315KW到2500KW，采用變頻調(diào)速裝置的臺數(shù)近1000臺以上,。200KW以下容量選用變頻調(diào)速裝置就更多了,。
　　由于電流型變頻器是全控橋整流，諧波非常豐富,，對電網(wǎng)公害大,，抑制諧波的措施比較復(fù)雜，在價(jià)格和可靠性上失去了優(yōu)勢,，在水工業(yè)領(lǐng)域中已很少采用了,。220KW及以上水泵機(jī)組可選擇的變頻調(diào)速裝置有以下六種：
• “中－低－中”變頻器
　　優(yōu)點(diǎn)是變頻器價(jià)格低，缺點(diǎn)是增加了占地面積和成本,，增加了兩級變壓器損耗,，可靠性大大降低了，在低速時(shí),，變壓器效率更低,，功率因數(shù)也低。
•低壓大功率變頻器
　　國產(chǎn)低壓變頻器已做到1000KW,，國外已做到2000KW,。建議盡量選用1.7KV、2.3KV,、3.3KV多相特殊電動(dòng)機(jī),。
•中－低壓大功率變頻器
　　其優(yōu)點(diǎn)是中壓輸電損耗小，低壓變頻效率高,，輸入變壓器一側(cè)采用角（△）接法,，可吸收變頻系統(tǒng)中的高次諧波。
•中－中壓變頻器
　　a）中壓IGBT PWM變頻器,。額定功率因數(shù)≥0.96,，系統(tǒng)器件由60支減為24支，電路簡化了,，可靠性提高了,。b）中壓IGCT PWM變頻器。額定效率＞98％,，額定功率因數(shù)＞0.95,。
•多重式多級串聯(lián)中壓變頻器
　　美國ROBICON公司、日本安川、富士,、東芝公司等公司,，都先后推出了多重式多級串聯(lián)中壓變頻調(diào)速裝置。采用多電平結(jié)構(gòu)和多級低壓小功率IGBT PWM變頻單元串聯(lián)輸出中壓變頻電,，實(shí)現(xiàn)了大功率集成,。額定效率≥96％，額定功率因數(shù)≥0.95,。但必須指出,，同一容量采用中壓設(shè)備不但價(jià)格貴得多，且可靠性也下降了,。
關(guān)于水泵電機(jī)采用矢量控制或直接轉(zhuǎn)矩控制的變頻調(diào)速控制方案的思考
　　矢量控制系統(tǒng)（VC）和直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)（DTC）,，都是高性能的交流變頻調(diào)速系統(tǒng)，都是轉(zhuǎn)矩控制,，都是基于異步電動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型設(shè)計(jì)的,。矢量控制系統(tǒng)的特點(diǎn)是：通過坐標(biāo)變換，按轉(zhuǎn)子磁鏈定向,，電機(jī)模型需要電機(jī)參數(shù)多,，定向準(zhǔn)確度受參數(shù)變化影響大。
　　直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)（DTC）,，在轉(zhuǎn)速環(huán)內(nèi),，利用轉(zhuǎn)矩反饋直接控制電機(jī)的定子磁鏈轉(zhuǎn)矩。DTC受轉(zhuǎn)子側(cè)參數(shù)影響不大,，而VC受轉(zhuǎn)子參數(shù)變化影響大,，DTC魯棒性比VC強(qiáng)。
　　DTC系統(tǒng)由電機(jī)的電壓和電流計(jì)算出定子磁鏈和轉(zhuǎn)矩,，采用砰－砰控制來實(shí)現(xiàn)變頻器的PWM控制,，其著眼點(diǎn)是電壓，而矢量控制的著眼點(diǎn)是電流,，存在電流調(diào)節(jié)時(shí)間滯后，而DTC沒有電流控制環(huán)路,，沒有任何電流反映,，電機(jī)可以獲得較大的dv／dt，較大的加速電流,，產(chǎn)生較快的電流響應(yīng)和轉(zhuǎn)矩響應(yīng),，DTC轉(zhuǎn)矩響應(yīng)比VC快4～5倍。
　　DTC由于采用砰－砰控制,，其開關(guān)頻率不穩(wěn)定,，其電流的諧波比VC稍大些，變頻器效率略比VC低一些，就是說DTC控制變頻器的穩(wěn)態(tài)指標(biāo)要比VC差一些,。無速度傳感器控制是DTC和VC控制系統(tǒng)共同的研究課題,，并不是DTC的發(fā)明專利，它們都采用同樣的交流電機(jī)數(shù)學(xué)模型,。DTC的低速控制性能不好,，用轉(zhuǎn)子磁鏈控制來補(bǔ)償DTC的低速性能，控制系統(tǒng)低速時(shí)用ISR,，高速時(shí)過渡到DTC,。在水泵機(jī)組、生化處理,、加藥系統(tǒng)中選用DTC系統(tǒng),，還是VC系統(tǒng)，要注意選擇,，否則有害無益,。DTC和VC系統(tǒng)作為高性能的調(diào)速系統(tǒng)，在本質(zhì)上是相同的,，都能實(shí)現(xiàn)較高的靜,、動(dòng)態(tài)性能。DTC和VC系統(tǒng),，由于控制方法上的差異,，各有特色，各有不同的優(yōu)缺點(diǎn),，各有側(cè)重的應(yīng)用領(lǐng)域,。矢量控制更適應(yīng)于寬范圍調(diào)速系統(tǒng)和伺服系統(tǒng)，直接轉(zhuǎn)矩控制更適應(yīng)于快速轉(zhuǎn)矩響應(yīng),，魯棒性好的大滯后運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng),，兩種系統(tǒng)都存在一些不足，兩種系統(tǒng)的研究和開發(fā)工作都朝著克服其缺點(diǎn)方向發(fā)展,。