[发明专利]一种天然气汽车加气母站压缩机组的变频控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种压缩机组控制方法，尤其涉及一种适用于天然气汽车加气母站压缩机组的变频控制方法。

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：在天然气主干管道开口处设立母站，将管输天然气压缩至20M Pa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，槽车利用子站设备给用气车辆加气，当槽车瓶组内压力卸至2MPa时，再返回母站加气。

当前运行的母站，其压缩机平均加气能力为2000-2500Nm³/h，相当于日均标准供气量3×10⁴-3.5×10⁴Nm³/d，仅能满足4-6个子站用气。随着城市天然气加气子站的迅速发展，子站的数量和布局日趋合理，压缩天然气汽车数量及用气量显著增加，母站的供气能力显得不足，尤其用气高峰期供不应求的矛盾已影响到子站的正常供气。因此，充分发掘现有母站的供气潜力具有重要意义。

随着变频调速技术的不断进步，变频调速技术已经应用于压缩机的气量调节。这些压缩机服务于空气动力或暖通空调行业，例如专利200610044264.2，公开了一种应用变频调速器调节电机转速的技术，将输出压力控制在设定值附近的一个较小范围内；又如专利申请200710041566.9，公开了一种变频率变流量热泵热水器，利用变频器改变压缩机转速调节热泵的制热量。在天然气汽车加气站领域，也有变频调速技术的应用，如专利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。总体而言，上述技术利用变频调节转速的目的，是为适应工艺需要，降低富余的供气量以实现节能。显然，这与母站压缩机增加加气能力的需求不一致。

另一方面，母站压缩机是母站运行最主要的耗能设备，与一般工艺压缩机不同，母站压缩机给槽车加气时，其排气压力不断变化，负荷变动范围大，使得电机运行很多时间远离设计工况，电机效率及性能下降。

发明内容

针对上述现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种天然气汽车加气母站压缩机组的变频控制方法，以提高现有母站压缩机的日均标准供气量，并降低系统运行的功耗，从而提高母站的运行效益。

本发明所述压缩机的标准供气量(以下简称供气量，Nm³/h)，是指以入口处吸入的气量换算到标准状态即1个标准大气压、0℃的值，是表征母站加气能力的主要指标。

为实现上述目的，本发明所依据的原理为：

由压缩机的工作原理可知，压缩机的功耗和供气量随转速、吸气压力和排气压力变化而变化。对母站压缩机而言，转速由拖动的电机决定；吸气压力接近于天然气管道的供气压力，基本保持不变；而排气压力近似等于槽车压力，其变化范围很大，排气压力越高功耗越高，但是供气量变化不大。当改变压缩机的转速后，在相同的吸、排气压力下，压缩机的供气量和功耗与转速近似成正比的变化，而需要的转矩不变。

又由电机学可知，异步电机的转速主要由电机的供电频率决定，负载转矩的影响不大。进一步研究表明，当提高供电频率时的电机效率比工频时也有所提高，降低供电频率则相反。

这样，当压缩机和异步电机组成压缩机组时，机组的转速主要取决于供电频率，机组的转矩主要取决于槽车压力，转速和转矩的乘积即是功率。压缩机在槽车压力较低时，需要转矩较小，此时可以将转速提升到较高水平，提高功率，也提高了供气量；随着槽车压力升高，转矩升高，功率也升高，这段时间是恒转速运行；当功率接近电机的额定功率后，再逐渐降低转速；直至槽车压力升至最高时，转速也降至额定转速，这段时间是恒功率运行。

在连续给槽车加气时，一方面，由于槽车就位、接入以及脱开等调度需要时间，另一方面，前一辆车加满时压缩机组转速较低而新车开始加气时转速较高，机组加速也需要一段时间。为了使这两个时间能够复合利用，母站需配置站内储气瓶，在槽车调度、压缩机加速时向该储气瓶加气。当没有槽车时压缩机需要停机；槽车到达后又要开机。开、停机阶段都可以通过变频器控制，且这些时间内压缩机功耗都可以用来向站内储气瓶加气。

因此，本发明的技术方案为：