寶米勒變頻器在太陽能揚水系統中的應用
bmller 2021-04-02
第一章：引言
當今許多因素正沖擊著全球電力工業，在國外電力生產商之間有著十分激烈的競爭，而世界范圍內電力生產的市場化加速了生產商采用新技術；尤其是近兩三年來，夏季持續高溫造成許多省市電力供應緊張，供電已經不能滿足急速膨脹的電力需求，拉閘限電現象日趨嚴重。由于電力網負擔過重，造成局部電力系統極其不穩定，這種現象已經嚴重影響了人民的日常生活和經濟的正常運行。我們注意到的全國節能活動中，宣傳重點是民用和商業用電的節約，而工業用電的節約則被淡化了。其實工業所耗用的電量占總用電量的比重極大，因此我們更應該把更多的目光投入到工業用電的節約上來。
這樣環境要求給所有的電力供應商增加了額外的責任，使大功率變頻器的市場開發空間大大拓展。變頻器的最終用戶對變頻器的自動控制、節能、環保意識越來越強烈，迫使其上游提供者尤其是系統集成商更加重視顧客變頻調速技術方面的需要。一般講，在占工業用電50%--60%的風機、泵和壓縮機等通用機械上使用變頻調速裝置，可以節電30%左右。這一類通用機械的驅動電機一般是工頻電機，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，正適合之類機械。
變頻器技術具有“工業維生素”之譽，是工業企業和日常生活中普遍需要的新技術；是高科技領域的綜合性技術；是替代進口，節約投資的最大領域之一；是節約能源的高新技術。目前，低壓變頻器已經非常普及和成熟，也正在被人民所關注和逐步應用。變頻器除了有卓越的調速性能之外，還有顯著的節約電能和保護環境等重大作用，是企業技術改造和產品更新換代的理想調速裝置，變頻器的出現讓工業領域的節能閃現了新的亮點。
但通用的變頻器大多針對一般變頻調速使用，而在環境惡劣的山區，周圍的電力不足，只利用太陽能翻板發電，通用的變頻器則不能發揮出應有的效果。針對之類項目，我們公司選擇BMLLER品牌的太陽能揚水系統專用型變頻器。
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計的高性能矢量控制變頻器。采用32-bit電機專用數字處理器DSP和具有現代先進水平的逆變模塊IGBT,采用最新的磁鏈與速度估算的運算處理技術，通過對電機磁通電流和轉矩電流的解耦控制，實現了高性能的無速度傳感器矢量控制。
卓越穩定的性能，靈活的功能設置，強化的環境適應性的時間，全面而精準的故障監控功能為變頻器和電動機提高良好的保護，因此具有很高的運行可靠性和應用的多樣性。
寶米勒變頻器豐富的產品陣容，以“應用于所有領域”為目標，定制化的行業應用方案，能夠更好的滿足變頻器產品應用的各種需求，堪稱變頻控制領域的經典之作。
針對于太陽能揚水系統的專用高性能變頻器，更具有超出同類產品的防跳閘性能和適應惡劣電網、溫度、濕度和粉塵的能力，極大提高產品可靠性；通過配置自動節能功能，可簡單地進行節能控制。內置PID控制器、簡易PLC、RS485通訊端口、外置供水控制器，可以廣泛應用于風機、泵等二次方遞減轉矩負載。
第三章 工程描述
3.1 項目工況：
供水設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。山頂上設有監控中心，需要讀取水泵運行的狀態和啟、停水泵，故障監視;并在設備故障后短信告知用戶。電柜為露天放置，小河設有水位保護器，需要在干涸的時候保護電機。
3.2 設備部件：
根據工況及現場實際情況，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的潛水泵及潛水電機，并且在潛水泵外部配套過濾網及導流裝置。根據項目需要，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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液位保護器 |
凡宜 |
FASA20M |
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組態軟件 |
力控 |
64點通用版 |
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工控機 |
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客戶提供 |
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手機卡 |
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客戶提供 |
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固定IP |
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客戶提供 |
在此系統中，寶米勒變頻器發揮了優異的性能，起到了無可替代的作用，使項目最終順利完成。
第四章 工程設計理念
4.1 工程方案思路：
主回路由寶米勒變頻器將現場的DC540V逆變為AC380V給電機供電，并外加輸出電抗器穩定電壓波動；控制回路由才茂的DTU和力控的組態軟件來完成。DTU和變頻器通過RS485連接，采用透明傳輸模式，即將采集到的數據分包通過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，上位機與變頻器之間采用標準的MODBUS協議通訊。由通訊命令來控制電機啟、停，及調節頻率。河中裝設水位保護器，在干涸時起到保護電機的作用。
4.2 工程設計：
4.2.1 寶米勒變頻器的應用：
寶米勒變頻器更具備逆變作用，將DC540V逆變為AC380V供電；該項目控制分為就地和遠程控制模式，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（可隨意設定），變頻器停止運轉，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，與上位機采用了MODBUS標準協議；上位機每隔3000ms通過網橋GPRS向變頻器請求數據，變頻器得到命令后立即響應，通過DTU回傳數據至中心。其中，通訊的參數包含：控制模式（R）、狀態（R）、電壓（R）、電流（R）、頻率（R）、轉速（R）、故障信息（R）；啟動（R/W）、停止（R/W）、故障復位（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組：
F0-02=0； 運行方式選擇為普通運行；BMLLER還包含了：簡易PLC運行、過程PID允許、多段速運行模式。
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、上位機通訊控制。
F0-12=25HZ； 由于電機最低允許運轉頻率為25HZ，所以設置該參數為最低運轉頻率。
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； 電機額定功率。
F1-01=380V； 電機額定電壓。
F1-02=47.5A；電機額定電流。
F1-03=50HZ； 電機額定頻率。
F1-04=2810； 電機額定轉速。
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時為上位機控制。
F4-02=24； 將X3端子定義為液位探頭輸入狀態；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； 此參數用于遠程計算機通過RS485通訊接口控制多臺變頻器時，為每一臺變頻器設定的地址號，此系列可實現同時運行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； 數據格式選擇為E.8.1；同時BMLLER還包含N.8.1、O.8.1、N.8.2、E.8.2、O.8.2數據格式。
FD-03=10S； 通訊故障判斷時間設定為10S，故障后停機。
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，達到恒壓的效果。
4.2.2 力控組態軟件應用：
力控組態軟件采用6.1版本，建立IO設備組態，選擇標準MODBUS （RTU串行口），經過如下設置：
通信方式選擇網橋GPRS，通訊設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）。
用戶需要監控電壓、電流、頻率、轉速、控制模式、當前狀態、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；需要注意力控為10進制，變頻器為16進制，需要轉換后輸入，并在地址上增加1位。
4.2.3 才茂DTU應用：
DTU好比傳輸過程中的橋梁，將變頻器的參數采集后打包，通過GPRS信號無線傳輸至中心服務器。采用RS485連接，通過透明模式輸出數據。需要設置中心地址、中心端口號、且波特率等與變頻器對應。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，并在惡劣的環境下運行相當穩定，以及其它各部件的配合，使水泵正常供水，用戶可以直觀的監控水泵運行狀態。
第五章 結論與展望
隨著農村日趨發展與革新，太陽能光伏配合變頻調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異的控制及調速性能，高效率、易維護等特點；能在條件惡劣的環境下，穩定的運行。因此變頻器行業也因加快自己的創新發展步伐以求新的發展，創造新的輝煌！
