CN107013444A - 用于压缩机系统的控制方法及设备 - Google Patents

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Abstract

本公开内容描述了一种用于压缩机系统的控制方法，所述压缩机系统包括与压力容器连接的压缩机和对压缩机的电机进行控制的变频器。在所述方法中，基于压缩机系统的所监测/估计的电气量来估计当前操作状态。操作状态可以表示压力容器中的压力。压力容器中的压力产生电机的反作用扭矩。反作用扭矩与压力成比例并且可以用于估计压力容器内的压力。可以基于所监测的一个或更多个电气量来计算对反作用扭矩的估计。本发明还公开了一种用于实施所述控制方法的设备。

Description

用于压缩机系统的控制方法及设备
技术领域
本发明涉及压缩机的控制，并且特别地涉及估计压缩机的操作状态。
背景技术
压缩机系统的压力容器中的压力可以以各种方式进行控制。例如，在加载/卸载控制方案下，交替地将以恒定速度操作的压缩机控制为加载模式或卸载模式。压力容器内的压力在最小压力限度与最大压力之间交替。替选地，可以使用PI控制方案来控制压缩机。可以使用PI控制器或PID控制器来控制压缩机的转速，使得内部的压力保持在期望的恒定水平。
为了能够控制压力容器内的压力，压缩机系统可以包括压力传感器。这样的传感器可能会使压缩机系统的成本增加。此外，传感器可能容易出现故障并且可能需要定期维护。
发明内容
本发明的目的是提供用于缓解上述缺点的方法以及用于实现该方法的设备。本发明的目的通过根据本发明的用于压缩机系统的控制方法以及用于实现该方法的设备来实现。本发明还公开了优选实施方式。
本发明描述了一种用于压缩机系统的控制方法，该压缩机系统包括与压力容器连接的压缩机和对压缩机的电机进行控制的变频器。在该方法中，可以基于压缩机系统的所监测/估计的电气量来估计当前操作状态。操作状态可以表示压力容器中的压力。压力容器中的压力产生电机的反作用扭矩。反作用扭矩与压力成比例并且可以用于估计压力容器内的压力。可以基于所监测的一个或更多个电气量来计算对反作用扭矩的估计。
根据本发明的方法包括识别阶段和操作阶段。在识别阶段中，可以操作压缩机以生成压力容器的期望压力。确定在期望压力下的至少一个电气量(例如，向压缩机提供动力的电机的机械功率)，并且基于所述至少一个电气量来计算表示由期望压力引起的反作用扭矩的参考水平。
在操作阶段中，可以通过监测电气量并且基于所监测的电气量值计算反作用扭矩的当前值来确定压力容器中的当前压力水平。通过控制电机的转速，可以将反作用扭矩的当前值控制为参考值。以该方式，可以在没有压力传感器的情况下操作压缩机系统。
附图说明
以下将参照附图借助于优选实施方式更详细地描述本发明，在附图中：
图1示出了根据本公开内容的识别阶段的简化示例；以及
图2示出了插值函数的简化示例。
具体实施方式
本公开内容提出了一种用于压缩机系统的控制方法，该压缩机系统包括与压力容器连接的压缩机和对压缩机的电机进行控制的变频器。压缩机可以是容积式压缩机(例如螺杆式压缩机)或动态压缩机(例如离心式压缩机)。在根据本公开内容的控制方法的正常操作期间，控制目标可以是将压力容器内的压力保持在期望水平。为了实现该目标，可以估计当前操作状态，并且可以基于所估计的操作状态来控制压缩机的电机的转速。操作状态可以表示压力容器中的压力。
在根据本公开内容的方法中，可以基于压缩机系统的所监测/估计的至少一个电气量来估计当前操作状态。基于所监测的至少一个电气量，可以计算对由压力容器内的压力引起的反作用扭矩的估计。在压缩机系统中，可以假定压缩机与压力容器之间的距离如此之短，以至于可以忽略流量相关的损失。因此可以认为反作用扭矩保持相同而与流量无关，并且可以使用反作用扭矩来估计压力容器内的压力而不用考虑压缩机的电机的转速。
所监测的电气量可以是例如电机的机械功率。如果所述至少一个其他电气量是机械功率，则可以将反作用扭矩简单地计算为例如转速与机械功率的乘积。如果在控制电机的变频器上执行电气量的测量，则可以从变频器直接获得对扭矩的估计。根据本公开内容的方法不限于使用机械功率作为所监测的电气量。例如，监测电机的电流和电压，并且可以基于电流和电压来计算机械功率。
为了确定反作用扭矩与压缩机系统中的压力之间的精确关系，根据本公开内容的方法在操作阶段之前包括识别阶段。识别阶段包括识别运行，在该识别运行期间对压力容器加压。压缩机可以例如在电机的已知转速下操作。可以操作压缩机以将压力容器内的压力增加至期望水平。
当达到期望压力水平时，可以确定在期望压力水平下的电机的转速的值和至少一个其他电气量的值。基于转速的值和至少一个其他电气量的值，可以计算第一变量的值。第一变量表示对由压力容器内的压力引起的电机的反作用扭矩的估计。当计算出第一变量的值时，可以基于所计算的反作用扭矩来确定第一参考水平。第一参考水平表示由期望压力水平引起的电机的反作用扭矩。
图1示出了根据本公开内容的识别阶段的简化示例。在图1中，压力系统包括用容积式压缩机加压的压力容器。当压缩机在时刻t0处开始增加压力容器内的压力p时，识别阶段开始。压缩机在恒定转速nnom下操作，因此压力随着时间线性地增加。在图1中的时刻t1处，压力p达到期望水平pref。在图1中，当压力容器内的压力p达到期望水平pref时，机械功率到达水平P1。可以存储该水平P1，并且将该水平用于确定反作用扭矩的第一参考水平。
在操作阶段期间，可以确定转速的当前值和所述至少一个其他电气量的当前值，并且可以计算第一变量的当前值。可以基于转速的当前值和所述至少一个其他电气量的当前值来计算第一变量的当前值。然后，可以基于反作用扭矩的当前值和反作用扭矩的第一参考水平来控制电机的转速。可以调整转速，使得所计算的反转矩的当前值遵循第一参考水平。例如，可以使用PI控制器或PID控制器来控制压缩机的转速，使得压力容器内的压力保持在期望水平。
根据本公开内容的方法还可以包括压缩机的停止功能。当在识别阶段期间达到期望压力水平时，可以减小转速直至压缩机不产生流量(即在压缩机中出现零流量状况)为止。可以确定电机的至少一个电气量的值，并且可以基于所述至少一个电气量的值来确定第二变量的值。第二变量表示转速。第二变量可以是例如对压缩机的电机的机械功率的估计。第二变量还可以是对由控制电机的变频器所提供的转速的估计。可以基于第二变量的值来确定第二参考水平。第二参考水平表示在压缩机不产生流量时的转速。
在操作阶段中，可以监测第二变量的当前值，以及如果所监测的值下降到低于第二参考水平，则可以使压缩机停止。以该方式，可以避免压缩机的不必要操作，并且可以提高压缩机系统的能量效率。在图1中，当达到期望的压力水平时，转速n开始斜线下降直至达到零流量转速nzf为止，其中在该零流量转速下可检测到泵的零流量状况。可以使用例如临时流量传感器或永久流量传感器来检测零流量。零流量转速nzf或零流量转速下的机械功率可以用于确定第二参考水平。在正常操作期间，可以监测转速或机械功率。如果压缩机系统在期望压力水平下操作并且所监测的电气量下降到低于其第二参考水平，则可以关闭压缩机。
在根据本公开内容的方法的识别阶段期间的压力可以通过使用各种方式来监测。在一些实施方式中，可以在识别阶段期间使用临时压力传感器或永久压力传感器。例如，可以在识别阶段期间通过使用向变频器提供连续压力信息的压力传感器来监测压力容器中的压力。
在另一实施方式中，可以仅将指示何时达到预定压力限度的时刻信息提供给变频器。例如，压力容器的最小压力阀和/或最大压力阀可以提供与超过设定压力相关的信息。通过确定在这些压力限度下的反作用扭矩，可以确定期望压力水平下的反作用扭矩。如果在识别阶段在已知的恒定转速下对压力容器加压，则可以假定压力容器中的压力在加压期间线性地增加。因此，可以在由压力阀限定的预定压力限度之间生成线性插值函数。例如，插值函数可以将反作用扭矩表示为压力容器内的压力的线性函数。基于插值函数，可以确定与压力容器中的期望压力水平对应的反作用扭矩。图2示出了基于本公开内容的识别运行而确定的插值函数的简化示例。识别运行在包括最小压力阀和最大压力阀的系统中执行。所述阀提供与何时超过相应限度的时刻相关的信息。在识别运行期间，转速保持在恒定水平nnom。
图2示出了两个数据点(p1,P1和p2,P2)。每个数据点表示压力与机械功率的成对值。第一数据点示出了当超过最小压力限度时的压力p1和机械功率P1。第二数据点示出了当超过最大压力限度时的压力p2和机械功率P2。基于这些数据点，在图2中绘制出了线性插值函数。然后，可以根据插值函数来确定与期望压力水平pref对应的机械功率Pref。由于转速是已知的，因此可以根据机械功率Pref和转速来计算期望压力水平下的反作用扭矩。
本公开内容还描述了一种用于实现根据本公开内容的方法的设备。该方法可以在包括例如存储器和计算装置诸如处理器、FPGA(现场可编程门阵列)或ASIC(专用集成电路)的设备上实现。例如，该方法可以在对压缩机的电机进行控制的变频器上实现。这在可从变频器容易地获取对所监测的电气量的估计/测量时可能是期望的。
对本领域技术人员明显的是，可以以各种方式实现发明构思。本发明及其实施方式不限于上述示例，而是可以在权利要求的范围内变化。

Claims (5)

1.一种用于压缩机系统的控制方法，所述压缩机系统包括与压力容器连接的压缩机和对所述压缩机的电机的转速进行控制的变频器，其中，所述方法包括识别阶段和操作阶段，
其中所述识别阶段包括：
操作所述压缩机以将所述压力容器内的压力增加至期望压力水平；
确定在所述期望压力水平下的所述电机的转速的值和至少一个其他电气量的值；
基于所述转速的值和所述至少一个其他电气量的值来计算第一变量的值，其中所述第一变量表示由所述压力容器内的压力引起的所述电机的反作用扭矩；
基于所述第一变量来确定第一参考水平，其中所述第一参考水平表示由所述期望压力水平引起的反作用扭矩；
其中所述操作阶段包括：
确定所述转速的当前值和所述至少一个其他电气量的当前值；
基于所述转速的当前值和所述至少一个其他电气量的当前值来计算所述第一变量的当前值；
基于所述第一参考水平和所述第一变量的当前值来控制所述电机的转速。
2.根据权利要求1所述的控制方法，其中，所述识别阶段还包括：
减小所述转速直至所述压缩机不产生流量为止；
确定所述电机的至少一个电气量的值；
基于所确定的值来确定第二变量的值，其中所述第二变量表示在所述期望压力水平下的转速；
基于所述第二变量的值来确定第二参考水平，其中所述第二参考水平表示在所述压缩机不产生流量时的转速，以及
其中所述操作阶段包括：
监测所述第二变量的当前值，以及
如果所述第二变量的当前值下降到低于所述第二参考水平，则使所述压缩机停止。
3.根据权利要求1或2所述的控制方法，其中，所述至少一个其他电气量是所述电机的机械功率。
4.一种设备，包括：被配置成实施根据前述权利要求中任一项所述的方法的装置。
5.根据权利要求4所述的设备，其中，所述设备是变频器。
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