DE102011079732B4 - A method and apparatus for controlling a fluid conveyor for delivering a fluid within a fluid conduit - Google Patents
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Abstract
Verfahren zum Steuern eines Fluidförderers (112) zum Fördern eines Fluides (118) innerhalb einer Fluidleitung (114, 116), wobei das Verfahren aufweist:
Erhalten von Information (128) über eine Sollflussmenge des Fluids (118) innerhalb der Fluidleitung (114, 116);
Bestimmen eines Energieverbrauchs des Fluidförderers (112) bei Betrieb innerhalb eines Arbeitsbereiches (240) des Fluidförderers;
Steuern des Fluidförderers (112) hinsichtlich eines erzeugten Flusses des Fluids (118) basierend auf der Information (128) über die Sollflussmenge des Fluids (118) innerhalb der Fluidleitung (114, 116) derart, dass die Sollflussmenge des Fluids erreicht wird und der dafür erforderliche Energieverbrauch minimiert wird,
wobei beim Steuern berücksichtigt wird, dass der Arbeitsbereich (240) des Fluidförderers durch eine nichtlineare Begrenzung (246, 248, 250, 252) beschränkt ist,
wobei der Arbeitsbereich (240) durch eine Menge von Paaren von einer Flussmenge und einem Verhältnis eines Druckes an einem Eingang und einem Ausgang des Fluidförderers definierbar ist, wobei die Menge von Paaren durch mindestens eine gekrümmte Kurve (246, 248, 250, 252) begrenzt ist.
Obtaining information (128) about a desired flow rate of the fluid (118) within the fluid conduit (114, 116);
Determining an energy consumption of the fluid conveyor (112) when operating within a working area (240) of the fluid conveyor;
Controlling the fluid conveyor (112) for generated flow of the fluid (118) based on the desired fluid flow rate (118) information (128) within the fluid conduit (114, 116) such that the desired fluid flow rate is achieved and that required energy consumption is minimized,
taking into account in controlling that the working area (240) of the fluid conveyor is limited by a non-linear boundary (246, 248, 250, 252),
wherein the working area (240) is definable by an amount of pairs of a flow rate and a ratio of a pressure at an inlet and an outlet of the fluid conveyor, wherein the set of pairs is limited by at least one curved curve (246, 248, 250, 252) is.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Steuern/Regeln eines Fluidförderers zum Fördern eines Fluides innerhalb einer Fluidleitung, wobei das Fluid insbesondere Gas oder Öl sein kann und der Fluidförderer ein Verdichter oder eine Pumpe sein kann.The present invention relates to a method and apparatus for controlling a fluid conveyor for delivering a fluid within a fluid conduit, wherein the fluid may be, in particular, gas or oil and the fluid conveyor may be a compressor or a pump.
Durch die Deregulierung des Gasmarktes in vielen Ländern ist ein reger und dynamischer Gashandel entstanden. Gas wird heute ähnlich wie ein Wertpapier gehandelt. Diese Dynamik des Gashandels hat (neben den Wettereinflüssen) unter anderem dazu geführt, dass oft täglich der Gasdurchfluss für den unmittelbar nächsten Tag vom Pipelinebetreiber neu geplant werden muss (sogenanntes Dispatching). Als weitere Konsequenz der Deregulierung konkurrieren jetzt die Gasnetzbetreiber miteinander. Um seine Kosten und gleichzeitig den Profit zu optimieren sind die Gasnetzbetreiber bestrebt die Pipelinekapazität so hoch wie möglich auszulasten, die vertraglich zugesagten Brennwerte und Gasdurchflussmengen einzuhalten, die Begrenzungen der Verdichterarbeitsfelder einzuhalten und gleichzeitig die Transportkosten für das Gas möglichst niedrig zu halten.The deregulation of the gas market in many countries has created a lively and dynamic gas trade. Gas is today traded much like a security. This dynamics of gas trading has led (among other things to weather influences), among other things, that the daily gas flow for the immediately following day has to be rescheduled by the pipeline operator (so-called dispatching). As a further consequence of deregulation, gas network operators are now competing with each other. In order to maximize its costs and profit at the same time, gas network operators aim to maximize pipeline capacity, meet contractually agreed fuel calorific values and gas flow rates, adhere to the constraints of compressor workplaces while minimizing transportation costs for the gas.
In der Druckschrift
Die Druckschrift
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Steuern bzw. Regeln eines Fluidförderers, insbesondere eines Verdichters oder einer Pumpe, zum Fördern oder Befördern eines Fluides, insbesondere eines Gases oder eines Öls, bereitzustellen, wobei ein Betrieb eines Fluidleitungsystems insbesondere hinsichtlich eines Energieverbrauchs verbessert ist und insbesondere unter sich ändernden Anforderungen zuverlässig arbeitet.It is an object of the present invention to provide a method and a device for controlling a fluid conveyor, in particular a compressor or a pump, for conveying or conveying a fluid, in particular a gas or an oil, wherein an operation of a fluid line system in particular is improved in terms of energy consumption and in particular works reliably under changing requirements.
Diese Aufgabe wird gelöst durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.This object is solved by the subject matters of the independent claims. Advantageous embodiments of the present invention are described in the dependent claims.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Steuern (was insbesondere Regeln aufweisen kann, wobei eine Stellgröße ausgegeben werden kann, etwa zur Steuerung des Förderers, und ein den Fluss des Fluids betreffendes Signal eingelesen (rückgekoppelt) werden kann) eines Fluidförderers oder Fluidbeförderers (insbesondere einer Pumpe oder eines Verdichters) zum Fördern oder Befördern oder Transportieren (insbesondere zum Verdichten bzw. Transportieren) eines Fluids (insbesondere eines Gases oder eines Öles) innerhalb einer Fluidleitung (insbesondere einer Gasleitung oder einer Ölleitung bzw. eines Gasleitungssystems bzw. eines Ölleitungssystems) bereitgestellt. Dabei weist das Verfahren auf Erhalten (beispielsweise über ein elektrisches Signal, welches mit einer Informationsquelle verbunden ist) von Information (insbesondere in elektronischer Form) über eine Sollflussmenge (insbesondere eine zu erzielende Flussmenge oder Flussrate und optional über einen zu erreichenden Solldruck) des Fluids innerhalb der Fluidleitung auf, wobei diese Information insbesondere eine Sollflussmenge des Fluids an mehreren Stellen (und/oder zu mehreren Zeitpunkten) innerhalb der Fluidleitung definieren kann. Ferner weist das Verfahren Bestimmen (insbesondere aufweisend Modellieren, Berechnen oder Abschätzen) eines Energieverbrauchs des Fluidförderers bei Betrieb des Fluidförderers innerhalb eines Arbeitsbereiches des Fluidförderers auf, wobei der Arbeitsbereich des Fluidförderers mittels verschiedener Betriebsparameter des Fluidförderers definierbar sein kann. Ferner weist das Verfahren Steuern oder Regeln (insbesondere über Zuführen eines elektrischen Signals, insbesondere einer oder mehrerer Stellgrößen, wie etwa einer Drehzahl) des Fluidförderers hinsichtlich eines Flusses (und insbesondere optional eines erzeugten Druckes) des Fluids (wobei der Fluidförderer bei Betrieb das Fluid unter Aufbau eines Druckes oder eines Impulsübertrages gemäß einem Fluidfluss transportiert) basierend auf der Information über die Sollflussmenge des Fluids innerhalb der Fluidleitung derart auf, dass die Sollflussmenge des Fluids (insbesondere an den mehreren Stellen, an denen die Sollflussmenge vorgegeben sind) erreicht werden und der dafür erforderliche Energieverbrauch (der von dem Fluidförderer erfordert ist) minimiert wird, wobei berücksichtigt wird (insbesondere bei der Regelung), dass der Arbeitsbereich des Fluidförderers durch nichtlineare Begrenzungen beschränkt ist. Der Arbeitsbereich des Fluidförderers ist erfindungsgemäß durch eine Menge von Paaren (insbesondere Tupeln) von einer Flussmenge und einem Verhältnis eines Druckes an einem Eingang und einem Ausgang des Fluidförderers definierbar, wobei die Menge von Paaren durch mindestens eine gekrümmte Kurve begrenzt ist.
Insbesondere kann der zulässige Arbeitsbereich des Fluidförderers den Bereich des Fluidförderers angeben, in welchem der Fluidförderer betrieben werden kann, ohne Schaden zu nehmen. Insbesondere kann ein Betreiben des Fluidförderers außerhalb des Arbeitsbereiches vermieden werden, um den Fluidförderer vor einer Beschädigung oder gar Zerstörung zu schützen. Je nach Ausführungsform kann der Arbeitsbereich auch auf andere Weise durch eine Menge von Punkten definiert werden, beispielsweise durch Angabe einer Drehzahl, einer Fördermenge, lediglich des Druckes an dem Eingang oder/und lediglich eines Druckes an dem Ausgang des Fluidförderers. Jedenfalls ist der Arbeitsbereich durch gekrümmte Kurven begrenzt, welche somit nicht ausschließlich durch eine oder mehrere Geraden darstellbar ist. Dabei wird die Form der Kurven bei dem Steuern bzw. Regeln des Fluidförderers berücksichtigt. Damit kann die Regelung des Fluidförderers weiter verbessert werden. According to an embodiment of the present invention, there is provided a method of controlling (which may include, in particular, rules wherein a manipulated variable may be output, such as for controlling the conveyor, and a signal related to the flow of the fluid can be read in) of a fluid conveyor or fluid conveyor (In particular a pump or a compressor) for conveying or conveying or transporting (in particular for compressing or transporting) a fluid (in particular a gas or an oil) within a fluid line (in particular a gas line or an oil line or a gas line system or an oil line system ) provided. In this case, the method comprises obtaining (for example via an electrical signal, which is connected to an information source) information (in particular in electronic form) about a desired flow quantity (in particular a flow quantity or flow rate to be achieved and, optionally, a target pressure to be achieved) of the fluid within the fluid line, wherein this information can in particular define a desired flow rate of the fluid at several points (and / or at several times) within the fluid line. Furthermore, the method comprises determining (in particular having modeling, calculating or estimating) an energy consumption of the fluid conveyor during operation of the fluid conveyor within a working range of the fluid conveyor, wherein the working range of the fluid conveyor may be definable by means of various operating parameters of the fluid conveyor. Furthermore, the method comprises controlling or regulating (in particular by supplying an electrical signal, in particular one or more manipulated variables, such as a rotational speed) of the fluid conveyor with regard to a flow (and in particular optionally a generated pressure) of the fluid (the fluid conveyor under operating the fluid under Structure of a pressure or a Impulsübertrages transported according to a fluid flow) based on the information about the desired flow rate of the fluid within the fluid line such that the desired flow rate of the fluid (in particular at the plurality of locations where the target flow rate are predetermined) are achieved and the for required energy consumption (which is required by the fluid conveyor) is minimized, taking into account (especially in the control) that the working range of the fluid conveyor is limited by non-linear limitations. The working range of the fluid conveyor according to the invention is definable by a set of pairs (in particular tuples) of a flow rate and a ratio of a pressure at an inlet and an outlet of the fluid conveyor, the quantity of pairs being limited by at least one curved curve.
In particular, the allowable working range of the fluid conveyor may indicate the area of the fluid conveyor in which the fluid conveyor can be operated without being damaged. In particular, an operation of the fluid conveyor outside the working area can be avoided in order to protect the fluid conveyor from damage or even destruction. Depending on the embodiment, the working range can also be defined in other ways by a set of points, for example by specifying a speed, a flow rate, only the pressure at the inlet and / or only a pressure at the outlet of the fluid conveyor. In any case, the working area is limited by curved curves, which thus can not be represented exclusively by one or more straight lines. The shape of the curves is taken into account in the control of the fluid conveyor. Thus, the control of the fluid conveyor can be further improved.
Das Verfahren kann somit Steueranteile zum Ausgeben von Stellgrößen sowie Regelanteile zum Erzeugen der Stellgrößen unter Verwendung von Rückkopplung aufweisen.The method can thus have control components for outputting manipulated variables as well as control components for generating the manipulated variables using feedback.
Insbesondere kann die Information auch über einen Solldruck Aufschluss geben.In particular, the information can also provide information about a target pressure.
Die Flussmenge kann z.B. in Normkubikmeter ausgedrückt werden, wobei die Gasqualität berücksichtigt, um einem Normkubikmeter einen bestimmten Energiegehalt zuordnen zu können. Die Flussmenge kann z.B. in einer Energieflussmenge ausgedrückt sein, wodurch eine Lieferung einer definierte Energiemenge durch Lieferung einer bestimmten Menge von Normkubikmetern erreicht wird, wobei die Menge von der Gasqualität abhängt. Je nach Gasqualität schwankt der Energieinhalt eines Normkubikmeters. Der Energieinhalt kann in Btu (British Thermal Unit)angegeben werden. Für eine bestimmte Energiemenge in Form von Gas müssen bei einem niedrigeren Energieinhalt mehr Normkubikmeter geliefert werden als bei höherem Energieinhalt.The flow rate may e.g. expressed in standard cubic meters, taking into account the gas quality in order to be able to assign a given energy content to a standard cubic meter. The flow rate may e.g. in terms of an energy flow amount, thereby achieving delivery of a defined amount of energy by delivering a certain amount of standard cubic meters, the amount depending on the gas quality. Depending on the gas quality, the energy content of a standard cubic meter varies. The energy content can be specified in Btu (British Thermal Unit). For a given amount of energy in the form of gas, more standard cubic meters must be supplied with a lower energy content than with a higher energy content.
Dabei kann eine nichtlineare Begrenzung eine Begrenzung durch eine gekrümmte Kurve, welche somit keine Gerade ist, definiert sein. Durch die Berücksichtigung der nichtlinearen Begrenzungen des Arbeitsbereiches des Fluidförderers (insbesondere eines Verdichters, in dem Falle, in welchem das Fluid ein Gas ist) kann eine Regelung des Fluidförderers verbessert werden, insbesondere hinsichtlich eines Energieverbrauchs. Ferner kann die Sollflussmenge (insbesondere auch ein Solldruck) mit höherer Genauigkeit erreicht werden, da die Modellierung des Verhaltens des Fluids innerhalb des Fluidförderers mit höherer Genauigkeit modelliert werden kann. Dadurch ist somit eine genauere oder zuverlässigere Ermittlung von einer oder mehreren Stellgrößen ermöglicht, welche an dem Fluidförderer zum Steuern bzw. Regeln des Fluidförderers ausgegeben werden.In this case, a non-linear boundary can be defined as a boundary by a curved curve, which is thus not a straight line. By taking into account the non-linear limitations of the working range of the fluid conveyor (in particular a compressor, in which case the fluid is a gas), regulation of the fluid conveyor can be improved, in particular with regard to energy consumption. Further, since the modeling of the behavior of the fluid within the fluid conveyor can be modeled with higher accuracy, the target flow amount (particularly also a target pressure) can be achieved with higher accuracy. Thus, a more accurate or reliable determination of one or more manipulated variables is possible, which are output to the fluid conveyor for controlling the fluid conveyor.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist das Verfahren ferner Erhalten von Information über einen tatsächlichen Druck (einen zu einer bestimmten Zeit tatsächlich vorliegenden Druck) und eine tatsächliche Flussmenge (eine zu einer bestimmten Zeit tatsächlich vorliegende Flussmenge) des Fluids innerhalb der Fluidleitung auf, wobei das Steuern bzw. Regeln des Fluidförderers ferner auf der Information über den tatsächlichen Druck und die tatsächliche Flussmenge des Fluids innerhalb der Fluidleitung basiert. According to an embodiment of the present invention, the method further comprises obtaining information about an actual pressure (a pressure actually existing at a certain time) and an actual flow amount (a flow amount actually existing at a certain time) of the fluid within the fluid passage Controlling the fluid conveyor is further based on the information about the actual pressure and the actual flow rate of the fluid within the fluid conduit.
Dabei kann die Information über den tatsächlichen Druck und die tatsächliche Flussmenge des Fluids beispielsweise über eine oder mehrere Messungen an einer oder mehreren Stellen entlang oder innerhalb der Fluidleitung ermittelt worden sein. Insbesondere kann die Information über den tatsächlichen Druck und die tatsächliche Flussmenge kontinuierlich oder in regelmäßigen oder unregelmäßigen Abständen (etwa jede Sekunde, jede Minute, jede Stunde) erhalten werden.In this case, the information about the actual pressure and the actual flow quantity of the fluid may have been determined, for example, via one or more measurements at one or more points along or within the fluid line. In particular, the information about the actual pressure and the actual flow amount can be obtained continuously or at regular or irregular intervals (about every second, every minute, every hour).
Insbesondere kann die Information über die Sollflussmenge als auch die Information über einen tatsächlichen Druck und die tatsächliche Flussmenge über ein Netzwerk (kabelgebunden oder kabellos) erhalten werden. Mittels der Information über den tatsächlichen Druck und die tatsächliche Flussmenge des Fluids kann das Steuerverfahren weiter verbessert werden.In particular, the information about the target flow amount as well as the information about an actual pressure and the actual flow amount can be obtained via a network (wired or wireless). By means of the information about the actual pressure and the actual flow rate of the fluid, the control method can be further improved.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist das Verfahren ferner auf Modellieren (insbesondere aufweisend Simulieren unter Aufstellung von physikalischen Gleichungen einer Flussdynamik, insbesondere von Differentialgleichungen, insbesondere unter Berücksichtigen der Temperatur des Fluids, der Wandbeschaffenheit der Fluidleitung, der Dichte des Fluids und Ähnliches) des Flusses (insbesondere der Bewegung) des Fluids durch die Fluidleitung und des Druckes des Fluids innerhalb der Fluidleitung, wobei das Steuern bzw. Regeln des Fluidförderers ferner auf dem Modellieren des Flusses des Fluids durch die Fluidleitung (und insbesondere des Druckes des Fluids innerhalb der Fluidleitung) basiert.According to an embodiment of the present invention, the method further comprises modeling (in particular having simulations with the provision of physical equations of flow dynamics, in particular differential equations, in particular taking into account the temperature of the fluid, the wall condition of the fluid conduit, the density of the fluid and the like) of the flow (in particular the movement) of the fluid through the fluid conduit and the pressure of the fluid within the fluid conduit, wherein the controlling of the fluid conveyor is further based on modeling the flow of the fluid through the fluid conduit (and in particular the pressure of the fluid within the fluid conduit) ,
Insbesondere kann das Modellieren des Flusses des Fluids durch die Fluidleitung (und insbesondere des Druckes des Fluids innerhalb der Fluidleitung) ein Berücksichtigen der Reibung zwischen einer Innenwand der Fluidleitung und dem Fluid umfassen, welche insbesondere durch eine Nichtlinearität beschrieben sein kann. Die Reibung zwischen dem Fluid und der Fluidleitung bzw. die Reibung zwischen einzelnen Fluidbestandteilen führt zu einer Verminderung des Flusses und/oder zu einer Verminderung des Druckes des Fluids innerhalb der Fluidleitung. Insbesondere kann ein Fluss des Fluids und/oder ein Druck des Fluids umso mehr vermindert sein, je weiter das Fluid innerhalb der Fluidleitung von dem Fluidförderer entfernt ist. Berücksichtigung der Reibung des Fluids mit der Wand der Fluidleitung und Berücksichtigung der Reibung des Fluids in wechselseitiger Interaktion kann das Steuern bzw. Regeln des Fluidförderers derart verbessern, dass die Sollflussmenge an einer oder mehreren Stellen innerhalb der Flussleitung erreicht werden können unter gleichzeitiger Energieminimierung.In particular, modeling the flow of fluid through the fluid conduit (and in particular the pressure of the fluid within the fluid conduit) may include accounting for friction between an interior wall of the fluid conduit and the fluid, which may be particularly described by nonlinearity. The friction between the fluid and the fluid line or the friction between individual fluid components leads to a reduction of the flow and / or to a reduction of the pressure of the fluid within the fluid line. In particular, a flow of the fluid and / or a pressure of the fluid can be reduced the more the further the fluid within the fluid line is away from the fluid conveyor. Considering the friction of the fluid with the wall of the fluid conduit and taking into account the friction of the fluid in mutual interaction may improve the control of the fluid conveyor such that the desired flow rate can be achieved at one or more locations within the flow conduit while minimizing energy.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird der Fluss des Fluids durch die Flussleitung und der Druck des Fluids innerhalb der Fluidleitung unter Benutzung eines partiellen nichtlinearen Differenzialgleichungssystems modelliert. Mit den partiellen Differentialgleichungen kann die gesamte Pipeline inkl. Reibung modelliert werden. Somit kann insbesondere eine Reibung des Fluids mit einer Wandfläche der Fluidleitung beschrieben oder modelliert bzw. simuliert werden, um ein Steuern bzw. Regeln des Fluidförderers zu verbessern.According to one embodiment of the present invention, the flow of the fluid through the flow conduit and the pressure of the fluid within the fluid conduit is modeled using a partial non-linear differential equation system. With the partial differential equations the entire pipeline including friction can be modeled. Thus, in particular, a friction of the fluid with a wall surface of the fluid conduit may be described or modeled or simulated to improve control of the fluid conveyor.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung basiert das Steuern bzw. Regeln des Fluidförderers ferner einer Flussmengedifferenz zwischen der Sollflussmenge und der tatsächlichen Flussmenge (insbesondere an mehreren Stellen der Fluidleitung). Die Flussmengedifferenz kann ein Fehlersignal der Flussmenge darstellen, wobei das Steuern bzw. Regeln des Fluidförderers derart ausgeführt wird, dass die Fehlersignale minimiert werden. Damit kann die Regelung des Fluidförderers vereinfacht und verbessert werden.Further, according to an embodiment of the present invention, the controlling of the fluid conveyor is based on a flow amount difference between the target flow amount and the actual flow amount (particularly, at plural places of the fluid passage). The flow amount difference may represent an error signal of the flow amount, wherein the controlling of the fluid conveyor is performed such that the error signals are minimized. Thus, the control of the fluid conveyor can be simplified and improved.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird die Information über die Sollflussmenge über einen Zeitraum (etwa 0 Sek. - 10 Sek., 0 Sek. - 1 Min., 0 Sek. - 10 Min.) erhalten und die Information über die tatsächliche Flussmenge wird über den (selben) Zeitraum erhalten (insbesondere gemessen oder ermittelt), wobei die Flussmengedifferenz über den Zeitraum aufsummiert (insbesondere integriert) wird, um eine Flussmengedifferenzsumme zu erhalten, wobei das Steuern bzw. Regeln des Fluidförderers ferner auf der Flussmengedifferenzsumme basiert.According to an embodiment of the present invention, the information about the target flow amount over a period of time (about 0 sec. - 10 sec., 0 sec. - 1 min., 0 sec. - 10 min.) Is obtained and the information about the actual flow amount becomes over the (same) period of time (in particular, measured or determined), the flow amount difference over the period is summed up (in particular integrated) to obtain a Flußmengedifferenzsumme, wherein the controlling the fluid conveyor is further based on the Flußmengedifferenzsumme.
Zur Durchführung der Summenbildung bzw. Integration der Flussmengedifferenz kann ein Integrationsglied (insbesondere ein elektronisches Modul) eines konventionellen PI-Reglers zur Anwendung kommen. Damit kann das Steuerverfahren des Fluidförderers vereinfacht und/oder verbessert werden.To carry out the summation or integration of the flow quantity difference, an integration element (in particular an electronic module) of a conventional PI controller can be used. Thus, the control method of the fluid conveyor can be simplified and / or improved.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist das Bestimmen des Energieverbrauchs des Fluidförderers ein Bestimmen (oder Berücksichtigen) des Energieverbrauchs des Fluidförderers bei Einschalten und/oder Ausschalten auf.According to an embodiment of the present invention, determining the energy consumption of the fluid conveyor comprises determining (or Taking into account) the energy consumption of the fluid conveyor when switching on and / or off.
Insbesondere wird der Energieverbrauch des Fluidförderers bei Einschalten und/oder Ausschalten bei dem Minimieren des erforderlichen Energieverbrauchs berücksichtigt. Dabei kann somit ein tatsächlicher oder momentaner Zustand des Fluidförderers (eingeschaltet oder ausgeschaltet) berücksichtigt werden. Falls sich zum Beispiel herausstellen sollte, dass ein Ausschalten und späteres Einschalten einen höheren Energieverbrauch hat als ein Laufenlassen des Fluidförderers bei geringerem Durchsatz oder geringerer Leistung, kann der Fluidförderer bei der geringeren Leistung betrieben werden, ohne ihn abzuschalten und später wieder einzuschalten. Damit kann das Steuern bzw. Regeln des Fluidförderers insbesondere hinsichtlich einer Minimierung des Energieverbrauchs weiter verbessert werden, wobei gleichzeitig die Einhaltung der Sollflussmenge gewährleistet sein kann.In particular, the power consumption of the fluid conveyor upon power up and / or power down is taken into account in minimizing the required power consumption. In this case, an actual or instantaneous state of the fluid conveyor (switched on or off) can thus be taken into account. If, for example, it turns out that turning off and turning on later has higher energy consumption than running the fluid conveyor at lower throughput or lower power, the fluid conveyor can operate at the lower power without shutting it off and then turning it back on later. Thus, the control or regulation of the fluid conveyor can be further improved, in particular with regard to minimizing energy consumption, while at the same time ensuring compliance with the set flow rate.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein Abstand zwischen dem Fluidförderer und einer Stelle entlang der Fluidleitung, an der die Sollflussmenge zu erzielen ist, berücksichtigt, um den Fluidförderer zu steuern/regeln. Je größer der Abstand ist, umso größere Totzeiten (z.B. Zeitdifferenz zwischen dem Ausgeben einer Stellgröße an den Förderer und entsprechendes Einstellen eines veränderten Fluidflusses) können auftreten. Berücksichtigen dieser Totzeiten, welche auftreten können, kann das Steuerverfahren/Regelverfahren verbessern, um insbesondere Sollflussmenge tatsächlich zu erreichen.According to an embodiment of the present invention, a distance between the fluid conveyor and a location along the fluid conduit where the target flow rate is to be achieved is taken into account to control the fluid conveyor. The greater the distance, the greater the dead times (e.g., time difference between outputting a manipulated variable to the conveyor and correspondingly adjusting a changed fluid flow) may occur. Considering these dead times, which may occur, the control method can improve, in order to actually achieve the target flow amount in fact.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird mindestens eine Nebenbedingung einer Menge von Nebenbedingungen beim Steuern/Regeln des Fluidförderers berücksichtigt, wobei die Menge von Nebenbedingungen umfasst: Vermeiden eines Druckes in der Fluidleitung, der oberhalb eines Maximalleitungsdruckes liegt (um insbesondere eine Beschädigung der Fluidleitung zu verhindern); Vermeiden eines Druckes in dem Fluidförderer, der oberhalb eines Maximalförderdruckes liegt (um insbesondere eine Beschädigung des Fluidförderers zu verhindern); und Abstandhalten des Arbeitspunktes (des Betriebspunktes, an welchem der Fluidförderer betrieben wird, insbesondere definierbar durch Drehzahl, Durchflussrate oder aufgebautes Druckverhältnis am Eingang bzw. am Ausgang des Fluidförderers) von einer Begrenzungslinie des Arbeitsbereiches, die insbesondere den Arbeitsbereich von Flussmengen abgrenzt, die unterhalb des Arbeitsbereichs liegen (d.h. kleinere Flussmengen aufweisen als der Arbeitsbereich).According to one embodiment of the present invention, at least one constraint on a set of constraints is taken into account in controlling the fluid conveyor, the set of constraints comprising: avoiding a pressure in the fluid line that is above a maximum line pressure (in particular to prevent damage to the fluid line) ); Avoiding a pressure in the fluid conveyor which is above a maximum delivery pressure (in particular to prevent damage to the fluid conveyor); and Keeping the working point (the operating point at which the fluid conveyor is operated, in particular definable by speed, flow rate or built-up pressure ratio at the input or at the output of the fluid conveyor) from a boundary line of the working area, which delimits in particular the working range of flow rates below the Workspace (ie have smaller flow rates than the workspace).
Damit wird insbesondere ein sich Annähern an eine Begrenzungslinie vermieden, welche den Übergang zu einem Surge-Bereich definiert. Ein Surge kann auftreten, falls der Verdichterauslassdruck bezüglich des Flusses durch den Verdichter oder Kompressor zu hoch ist. Der Fluss kann sich rapide schnell ändern, wenn eine plötzliche Änderung in der Belastung auftritt, welche von dem Kompressor zu bewältigen ist. Wenn der Surge nicht verhindert wird, kann der Kompressor oder Verdichter zerstört werden. Konventionellerweise wurden bei drohendem Surge automatisch Ventile geöffnet. Durch die Regelung des Fluidförderers gemäß dieser Ausführungsform der Erfindung können kritische Arbeitsbedingungen des Fluidförderers dadurch vermieden werden, dass der Fluidförderer lediglich in dem zulässigen Arbeitsbereich betrieben wird. Damit kann die Regelung des Fluidförderers verbessert werden und vereinfacht werden, ohne die Gefahr einer Beschädigung des Fluidförderers mit sich zu bringen.This avoids, in particular, an approach to a boundary line, which defines the transition to a surge area. A surge may occur if the compressor outlet pressure is too high relative to the flow through the compressor or compressor. The flow can change rapidly rapidly when there is a sudden change in the load that is to be handled by the compressor. If the surge is not prevented, the compressor or compressor can be destroyed. Conventionally, valves were opened automatically in the event of a surge. By controlling the fluid conveyor according to this embodiment of the invention, critical working conditions of the fluid conveyor can be avoided by operating the fluid conveyor only within the allowable working range. Thus, the control of the fluid conveyor can be improved and simplified, without bringing the risk of damage to the fluid conveyor with it.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist das Verfahren ferner auf Erhalten von weiterer Information über eine weitere Sollflussmenge des Fluids auf, wobei die Sollflussmenge von der weiteren Sollflussmenge verschieden ist, wobei das Steuern/Regeln des Fluidförderers ferner auf der weiteren Sollflussmenge basiert.According to an embodiment of the present invention, the method further comprises obtaining further information about another target flow amount of the fluid, wherein the target flow amount is different from the further target flow amount, wherein the controlling of the fluid conveyor is further based on the further target flow amount.
Insbesondere kann die Sollflussmenge einen ersten Sollzustand definieren und die weitere Sollflussmenge kann einen zweiten Sollzustand definieren. Damit ist eine Regelung des Fluidförderers ermöglicht, von einem ersten Sollzustand zu einem zweiten Sollzustand überzugehen. Der erste Sollzustand und der zweite Sollzustand können dabei jeweils über bestimmte Sollflussmengen an einer Mehrzahl von Lieferpunkten des Fluids definiert sein. Damit kann eine sich dynamisch ändernde Flusskonfiguration und Druckkonfiguration innerhalb der Fluidleitung durch entsprechendes Steuern bzw. Regeln des Fluidförderers (oder insbesondere einer Mehrzahl von Fluidförderern) erreicht werden.In particular, the set flow rate may define a first setpoint state, and the further setpoint flowrate may define a second setpoint state. Thus, a regulation of the fluid conveyor is made possible to move from a first target state to a second target state. The first desired state and the second desired state can each be defined via specific set flow quantities at a plurality of delivery points of the fluid. Thus, a dynamically changing flow configuration and pressure configuration within the fluid conduit can be achieved by appropriate control of the fluid conveyor (or, more particularly, a plurality of fluid conveyors).
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das Fluid ein Gas und ist der Fluidförderer ein Verdichter. Der Verdichter kann dabei z.B. von einem Elektromotor oder insbesondere von einer Gasturbine (welche zum Beispiel durch das Fluid angetrieben werden kann, wobei der Antrieb durch das Fluid bei dem Energieverbrauch des Fluidförderers berücksichtigt wird) angetrieben werden. Damit kann ein Regelungsverfahren zum Steuern/Regeln einer oder mehrerer Verdichter eines Gasleitungssystems bereitgestellt werden.According to one embodiment of the present invention, the fluid is a gas and the fluid conveyor is a compressor. The compressor may be e.g. by an electric motor or, in particular, by a gas turbine (which can be driven by the fluid, for example, taking into account the drive by the fluid in the energy consumption of the fluid conveyor). Thus, a control method for controlling one or more compressors of a gas piping system can be provided.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das Fluid ein Öl und ist der Fluidförderer eine Pumpe, insbesondere eine Elektropumpe, wodurch ein Verfahren zum Steuern/Regeln einer Pumpe eines Ölleitungssystems bereitgestellt ist.According to one embodiment of the present invention, the fluid is an oil and the fluid conveyor is a pump, in particular an electric pump, whereby a method for controlling a pump of an oil line system is provided.
Gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist das Erhalten von Information über die Sollflussmenge des Fluids innerhalb der Fluidleitung Erhalten (insbesondere über ein elektrisches Signal, etwa über ein drahtloses oder drahtgebundenes Netzwerk) von Information über eine Sollflussmenge des Fluids an einer Mehrzahl von Stellen innerhalb oder bei der Fluidleitung auf, insbesondere zu einer Mehrzahl von verschiedenen Zeiten.According to the embodiment of the present invention, obtaining information about the target flow rate of the fluid within the fluid conduit includes (in particular via an electrical signal, such as a wireless or wired network) information about a desired flow rate of the fluid at a plurality of locations within or at the fluid line, in particular at a plurality of different times.
Damit kann ein Sollzustand genauer spezifiziert werden. Dabei weist das Verfahren ferner auf Bestimmen eines Energieverbrauchs mindestens eines weiteren Fluidförderers (oder einer Mehrzahl weiterer Fluidförderer) bei Betrieb innerhalb eines weiteren Arbeitsbereiches (oder einer Mehrzahl von weiteren Arbeitsbereichen) des weiteren Fluidförderers; und Steuern/Regeln des Fluidförderers und/oder des mindestens einen weiteren Fluidförderers (oder der Mehrzahl der weiteren Fluidförderer) hinsichtlich eines erzeugten Drucks und Flusses des Fluids basierend auf der Information über die Sollflussmenge des Fluids an der Mehrzahl von Stellen der Fluidleitung derart, Sollflussmenge des Fluids an der Mehrzahl von Stellen erreicht werden und der dafür erforderliche Energieverbrauch, welcher durch den Fluidförderer, den mindestens einen weiteren Fluidförderer verursacht wird, minimiert wird. Damit kann ein komplexes Fluidleitungssystem durch Steuern/Regeln einer Mehrzahl von Fluidförderern hinsichtlich eines Gesamtenergieverbrauchs optimal betrieben werden.Thus, a desired state can be specified more precisely. In this case, the method further comprises determining an energy consumption of at least one further fluid conveyor (or a plurality of further fluid conveyors) when operating within a further work area (or a plurality of further work areas) of the further fluid conveyor; and controlling the fluid conveyor and / or the at least one further fluid conveyor (s) for generated pressure and flow of the fluid based on the information about the desired flow rate of the fluid at the plurality of locations of the fluid conduit so Fluids are reached at the plurality of locations and the required energy consumption, which is caused by the fluid conveyor, the at least one further fluid conveyor is minimized. Thus, a complex fluid line system can be optimally operated by controlling / regulating a plurality of fluid conveyors in terms of total energy consumption.
Für den Fachmann ist ersichtlich, dass Merkmale, die individuell oder in irgendeiner Kombination im Zusammenhang mit einem Verfahren zum Steuern/Regeln eines Fluidförderers offenbart, beschrieben oder eingesetzt wurden, ebenso (individuell oder in irgendeiner Kombination) für eine Vorrichtung zum Steuern/Regeln eines Fluidförderers gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden können und umgekehrt.It will be apparent to those skilled in the art that features disclosed, described or employed individually or in any combination in connection with a method of controlling a fluid conveyor also (individually or in any combination) for a fluid conveyor control apparatus according to an embodiment of the present invention can be used and vice versa.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist eine Vorrichtung zum Steuern/Regeln eines Fluidförderers zum Fördern eines Fluids innerhalb einer Fluidleitung bereitgestellt, wobei die Vorrichtung aufweist: einen Eingang zum Erhalten von Information über eine Sollflussmenge des Fluids innerhalb der Fluidleitung; ein Bestimmungsmodul zum Bestimmen eines Energieverbrauchs des Fluidförderers bei Betrieb innerhalb eines Arbeitsbereiches des Fluidförderers; und ein Steuermodul zum Steuern/Regeln des Fluidförderers hinsichtlich eines erzeugten Druckes und Flusses des Fluids basierend auf der Information über die Sollflussmenge des Fluids innerhalb der Fluidleitung derart, dass Sollflussmenge des Fluids erreicht werden und der dafür erforderliche Energieverbrauch minimiert wird, wobei berücksichtigt wird, dass der Arbeitsbereich des Fluidförderers durch eine nichtlineare Begrenzungen beschränkt ist (siehe
Es wird darauf hingewiesen, dass Ausführungsformen der Erfindung mit Bezug auf unterschiedliche Erfindungsgegenstände beschrieben wurden. Insbesondere sind einige Ausführungsformen der Erfindung mit Vorrichtungsansprüchen und andere Ausführungsformen der Erfindung mit Verfahrensansprüchen beschrieben. Dem Fachmann wird jedoch bei der Lektüre dieser Anmeldung sofort klar werden, dass, sofern nicht explizit anders angegeben, zusätzlich zu einer Kombination von Merkmalen, die zu einem Typ von Erfindungsgegenstand gehören, auch eine beliebige Kombination von Merkmalen möglich ist, die zu unterschiedlichen Typen von Erfindungsgegenständen gehören.It should be noted that embodiments of the invention have been described with reference to different subject matters. In particular, some embodiments of the invention are described with apparatus claims and other embodiments of the invention with method claims. However, it will be readily apparent to those skilled in the art upon reading this application that, unless explicitly stated otherwise, in addition to a combination of features belonging to a type of subject matter, any combination of features that may result in different types of features is also possible Subject matters belong.
Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden beispielhaften Beschreibung derzeit bevorzugter Ausführungsformen. Die einzelnen Figuren der Zeichnung dieser Anmeldung sind lediglich als schematisch und als nicht maßstabsgetreu anzusehen.Further advantages and features of the present invention will become apparent from the following exemplary description of presently preferred embodiments. The individual figures of the drawing of this application are merely to be regarded as schematic and not to scale.
Ausführungsformen der Erfindung werden nun mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen erläutert. Die Erfindung ist nicht auf die illustrierten oder beschriebenen Ausführungsformen beschränkt.Embodiments of the invention will now be explained with reference to the accompanying drawings. The invention is not limited to the illustrated or described embodiments.
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