[发明专利]一种天然气汽车加气子站的变频压缩机组的控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种变频压缩机组的控制方法，特别涉及一种适用于天然气汽车加气子站的变频压缩机组的控制方法。 

背景技术

压缩天然气作为城市公共交通和短途运输的替代燃料，已经在国内得到越来越广泛的应用。在许多没有本地气源的地方，需发展母子站模式：在天然气管道开口处设立母站，将管输天然气压缩至20MPa并充灌到槽车上的储气瓶组，再由槽车转运到城市子站。在子站，一般包括若干组储气瓶、一台压缩机及其他设施；给用气车辆加气时，先从槽车气瓶取气，然后利用站内气瓶组和压缩机进行加气，直至用气车辆气瓶内压力达到20MPa；当站内气瓶组压力降低到一定限度时，用压缩机从槽车气瓶取气并向站内气瓶组充气，一般站内气瓶最高储气压力为25MPa。因此，压缩机功耗是子站用能的最主要部分。 

压缩机的载荷是随着其吸气压力、排气压力变化而变化的，槽车气瓶内的压力开始很高，然后越来越低；而压缩机工作时，排气端所接气瓶内压力会越来越高。这样压缩机的实际功耗会在很宽范围内变化，而所选用电动机的额定功率必须高于这个范围的上限值，这样就造成在实际运行时电动机多处于轻载状态。目前运行的子站，其压缩机绝大多数是由工频电动机驱动的，工频下电动机轻载运行时的效率很低。另一方面，当负载功耗变化时电动机转速基本不变；对压缩机来讲，当其吸气压力降低时，排气量也降低，而此时恰恰需要提高其排气量。 

随着变频器的广泛应用，变频拖动系统被引入到加气站建设中。中国专利号00244644.8公开了一种由两套压缩机组构成的加气站系统，其中一套机组为工频运行，另一组为变频运行：当用气量需求较小时开启变频机组；当其不能满足用气需求时，则开启工频机组，而以变频机组做补充，直至也达到工频。该方案可一定程度的满足气量需求，不足之处是增加了投资而机组整体利用率不高；同时没有考察不同工况时，变频压缩机组的运行频率是否为最佳。 

发明内容

为了解决上述背景技术中所存在的问题，针对由单套变频压缩机组构成的天然气汽车加气子站，本发明的目的在于提供一种能够在较宽范围内提供均匀排气量、能够有效提升电机效率的变频压缩机组控制方法。 

本发明依据的原理是：当压缩机吸气压力和排气压力不变时(称为“确定工况点”)，压缩机运行所需的转矩随转速的变化保持不变，即压缩机为恒转矩负载。因此，在一个确定工况点下压缩机组可以选择不同的运行频率，并且存在一个最佳运行频率与之相对应。而实际运行的子站压缩机，吸气压力或排气压力总是不断的发生变动、或两者均发生变动，从而使工况点发生变动，则压缩机所需转矩也就发生变动，最佳运行频率亦会随之变动。因此子站压缩机的运行策略是： 应随时监视不断变化的工况，并随时调整机组的频率使之按最佳运行频率运转。 

计算表明，同一转矩下，频率越高则电动机效率越高，越是轻载时这种状况越明显。因此，仅从节能角度考虑，从工频向上调速(高于工频)优于向下调速(低于工频)。但是，不能一味的调高频率。首先，同一转矩下，频率提高则电动机转速升高，功耗增大，调高运行频率受到电动机额定功率的限制。其次，转速过高又会导致机组磨损和振动加剧，降低寿命，因此必须为机组设置一个限定最高转速。第三，压缩机转速越高则排气量越大，尤其是当吸气压力高于13～15MPa时，过高的排气量使气阀工作受到影响；另外，如果排气端所接容积相对于吸气端所接容积而言很小，例如从槽车气瓶吸气、向出租车气瓶排气，就会出现吸气压力慢慢降低，而排气压力迅速升高，如果机组来不及调整，会使得功耗迅速升高，因此必须为压缩机设置一个限定最高排气量。 

因此，子站变频压缩机组的最佳运行频率应依据压缩机的工况并结合功耗、转速、排气量三个限制因素共同确定： 

在吸气压力的低压区，一般是指低于4MPa，压缩机转矩很小，因此可从工频向上调速，最佳运行频率受限于机组的限定最高转速。 

在吸气压力的中压区，一般是指高于4MPa并低于13MPa，压缩机转矩较大，因此最佳运行频率受限于电动机额定功率，并考虑一定的过载裕度，运行频率以使电动机达到95％～98％额定功率为最佳。 

在吸气压力的高压区，一般是指高于13MPa，压缩机转矩又有所降低，但排气量增加很大，最佳运行频率受限于压缩机的限定最高排气量。 

根据上述原理，本发明采用的技术方案为： 

一种天然气汽车加气子站变频压缩机组的控制方法，所述天然气汽车加气子站变频压缩机组包括由变频器和变频电动机等组成的电动机装置以及由压缩机和卸荷罐等组成的压缩机装置两部分构成，按如下方式实现：