Opstartsregulering af pumper

Kiersgaard, Pia Christina

7. semester

Bæredygtig energiteknik, Diplomingeniør

2014

2014-10-15

65

Denne rapport undersøger, hvordan opstart af pumper i et fjernvarmesystem kan styres for at undgå støj hos forbrugerne forårsaget af trykstød – hurtige trykbølger i rørene (ofte kaldet vandhammer). Arbejdet indledes med en gennemgang af fjernvarmens rolle i samfundet, en analyse af variationer i systemet og de vigtigste parametre, samt en kort introduktion til trykstød og de støjgener, de kan give. For at løse problemet opstilles en enkel model baseret på en forsøgsmåling: e(t)=-10*e^(-t). Modellen bruges til at udvikle og teste reguleringsstrategier. Der arbejdes med både open-loop-regulering (styring uden feedback) og closed-loop-regulering (styring med feedback). To open-loop-strategier afprøves; den bedste anvender et indgangssignal konstrueret med en Signal Builder. Denne strategi opfylder designkravene: en stigetid (risetime) på 135 s og et oversving (overshoot) på højst 5 %. Derudover udvikles en closed-loop-strategi med en fittet PI-regulator (proportional–integral), men den lever ikke op til kravet om 135 s stigetid. I diskussionen forsøges det at forbedre PI-løsningen ved at indsætte en rampebegrænsning (en grænse for, hvor hurtigt signalet må ændre sig) to steder i modellen; mod forventning gør dette systemet hurtigere. Det peger på, at den mest lovende løsning er open-loop-regulering med Signal Builder. Denne strategi kan dog ikke implementeres direkte hos Aalborg Forsyning, Varme. Et næste skridt vil derfor være, i samarbejde med Aalborg Forsyning, Varme, at finde en metode til at implementere et indgangssignal, der svarer til det, Signal Builder leverer.

This report examines how to manage pump start-up in a district heating system to avoid customer noise caused by pressure surges—rapid pressure waves in the pipes (often called water hammer). It begins with an overview of district heating’s role in society, an analysis of system variations and key parameters, and a brief introduction to pressure surges and the noise problems they can create. To address the problem, a simple model is derived from an experimental measurement: e(t)=-10*e^(-t). This model is used to develop and test control strategies. Both open-loop control (without feedback) and closed-loop control (with feedback) are explored. Two open-loop strategies are tested; the best uses an input signal created with a Signal Builder. This strategy meets the design criteria: a rise time of 135 s and an overshoot no greater than 5%. A closed-loop strategy with a fitted PI (proportional–integral) controller is also developed, but it does not meet the 135 s rise-time requirement. In the discussion, an attempt is made to improve the PI solution by inserting a ramp limiter (which restricts how fast the signal can change) in two places in the model; contrary to expectations, this makes the system faster. These results indicate that the most promising solution is open-loop control using the Signal Builder input. However, it cannot be directly implemented at Aalborg Forsyning, Varme. A useful next step would be to collaborate with Aalborg Forsyning, Varme to find a way to implement an input equivalent to what the Signal Builder provides.

[Dette resumé er genereret ved hjælp af AI]

Pumpe ; Fjernvarme ; regulering ; trykstød

Download
Vis denne rapport i AAU Studenterprojekter