[發明專利]一種天然氣汽車加氣母站壓縮機組的變頻控制方法

有效

• 申請號: 200810236491.4
• 申請日: 2008-12-26
• 公開（公告）號: CN101451523A
• 公開（公告）日: 2009-06-10
• 發明（設計）人: 侯雄坡;顧兆林;高秀峰;馮詩愚;李云;郭良盛;郁永章
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: F04B49/00
• 分類號: F04B49/00;F04B49/06;B67D5/01
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所
• 代理人: 弋才富

技術領域

本發明涉及一種壓縮機組控制方法，尤其涉及一種適用于天然氣汽車加氣母站壓縮機組的變頻控制方法。

背景技術

壓縮天然氣作為城市公共交通和短途運輸的替代燃料，已經在國內得到越來越廣泛的應用。在許多沒有本地氣源的地方，需發展母子站模式：在天然氣主干管道開口處設立母站，將管輸天然氣壓縮至20M?Pa并充灌到槽車上的儲氣瓶組，再由槽車轉運到城市子站；在子站，槽車利用子站設備給用氣車輛加氣，當槽車瓶組內壓力卸至2MPa時，再返回母站加氣。

當前運行的母站，其壓縮機平均加氣能力為2000-2500Nm³/h，相當于日均標準供氣量3×10⁴-3.5×10⁴Nm³/d，僅能滿足4-6個子站用氣。隨著城市天然氣加氣子站的迅速發展，子站的數量和布局日趨合理，壓縮天然氣汽車數量及用氣量顯著增加，母站的供氣能力顯得不足，尤其用氣高峰期供不應求的矛盾已影響到子站的正常供氣。因此，充分發掘現有母站的供氣潛力具有重要意義。

隨著變頻調速技術的不斷進步，變頻調速技術已經應用于壓縮機的氣量調節。這些壓縮機服務于空氣動力或暖通空調行業，例如專利200610044264.2，公開了一種應用變頻調速器調節電機轉速的技術，將輸出壓力控制在設定值附近的一個較小范圍內；又如專利申請200710041566.9，公開了一種變頻率變流量熱泵熱水器，利用變頻器改變壓縮機轉速調節熱泵的制熱量。在天然氣汽車加氣站領域，也有變頻調速技術的應用，如專利00244644.8，公開了一種由兩套壓縮機組構成的加氣站系統，其中一套機組為工頻運行，另一組為變頻運行：當用氣量需求較小時開啟變頻機組；當其不能滿足用氣需求時，則開啟工頻機組，而以變頻機組做補充，直至也達到工頻。總體而言，上述技術利用變頻調節轉速的目的，是為適應工藝需要，降低富余的供氣量以實現節能。顯然，這與母站壓縮機增加加氣能力的需求不一致。

另一方面，母站壓縮機是母站運行最主要的耗能設備，與一般工藝壓縮機不同，母站壓縮機給槽車加氣時，其排氣壓力不斷變化，負荷變動范圍大，使得電機運行很多時間遠離設計工況，電機效率及性能下降。

發明內容

針對上述現有技術中存在的問題，本發明的目的在于提供一種天然氣汽車加氣母站壓縮機組的變頻控制方法，以提高現有母站壓縮機的日均標準供氣量，并降低系統運行的功耗，從而提高母站的運行效益。

本發明所述壓縮機的標準供氣量(以下簡稱供氣量，Nm³/h)，是指以入口處吸入的氣量換算到標準狀態即1個標準大氣壓、0℃的值，是表征母站加氣能力的主要指標。

為實現上述目的，本發明所依據的原理為：

由壓縮機的工作原理可知，壓縮機的功耗和供氣量隨轉速、吸氣壓力和排氣壓力變化而變化。對母站壓縮機而言，轉速由拖動的電機決定；吸氣壓力接近于天然氣管道的供氣壓力，基本保持不變；而排氣壓力近似等于槽車壓力，其變化范圍很大，排氣壓力越高功耗越高，但是供氣量變化不大。當改變壓縮機的轉速后，在相同的吸、排氣壓力下，壓縮機的供氣量和功耗與轉速近似成正比的變化，而需要的轉矩不變。

又由電機學可知，異步電機的轉速主要由電機的供電頻率決定，負載轉矩的影響不大。進一步研究表明，當提高供電頻率時的電機效率比工頻時也有所提高，降低供電頻率則相反。

這樣，當壓縮機和異步電機組成壓縮機組時，機組的轉速主要取決于供電頻率，機組的轉矩主要取決于槽車壓力，轉速和轉矩的乘積即是功率。壓縮機在槽車壓力較低時，需要轉矩較小，此時可以將轉速提升到較高水平，提高功率，也提高了供氣量；隨著槽車壓力升高，轉矩升高，功率也升高，這段時間是恒轉速運行；當功率接近電機的額定功率后，再逐漸降低轉速；直至槽車壓力升至最高時，轉速也降至額定轉速，這段時間是恒功率運行。

在連續給槽車加氣時，一方面，由于槽車就位、接入以及脫開等調度需要時間，另一方面，前一輛車加滿時壓縮機組轉速較低而新車開始加氣時轉速較高，機組加速也需要一段時間。為了使這兩個時間能夠復合利用，母站需配置站內儲氣瓶，在槽車調度、壓縮機加速時向該儲氣瓶加氣。當沒有槽車時壓縮機需要停機；槽車到達后又要開機。開、停機階段都可以通過變頻器控制，且這些時間內壓縮機功耗都可以用來向站內儲氣瓶加氣。

因此，本發明的技術方案為：