CN114320835A - 电驱压缩机组集中式串联冷却系统及多目标回路控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了电驱压缩机组集中式串联冷却系统及多目标回路控制方法。所述系统包括依次串联设置的空冷器、水冷器、循环泵单元和过滤装置。空冷器的待冷却介质入口端分别与润滑油站的冷却介质出口端、电机的冷却介质出口端和变频器的冷却介质出口端连接，过滤器的出口端连接分别与润滑油站的冷却介质入口端、电机的冷却介质入口端和变频器的冷却介质入口端连接。所述方法包括所述方法包括以下步骤：设置T1和T2；S20、获取T，T≤T1时，转至S21，T1＜T＜T2时，转至S22，T≥T2时，转至S3。本发明的有益效果可包括：对润滑油、电机、变频器进行集中冷却，减少了冷却设备投资和建设成本。

Description

电驱压缩机组集中式串联冷却系统及多目标回路控制方法

技术领域

本发明涉及石油天然气的冷却领域，具体来讲，涉及一种驱压缩机组集中式串联冷却系统及多目标回路控制方法。

背景技术

在天然气长输管道领域，电驱压气站因天然气输气工艺的需要，需设置天然气压缩机组进行增压。压缩机组配套的变频电机及变频器在机组增压过程中会产生大量的热量，为及时带走这部分热量，保证机组安全运行，在实际工程中需要为其设计配置一套冷却系统。

目前，国内长输天然气电气驱动压缩机站的变频器、电机一般通过冷却器中的冷却液进行冷却，冷却器有空冷式、水冷式、空冷水冷式等。

公开号为CN203687496U的中国实用新型专利公开了一种电驱压气站压缩机电机、变频器冷却系统，其通过制冷压缩机、冷凝器、节流膨胀阀和蒸发器依次连接，形成制冷系统，能够降低进入变频器、电机的冷却水温度，增加设备的出力，但是润滑油、电机、变频器采用分散式冷却，冷却设备投资过大。

公开号为CN204013090U的中国实用新型专利公开了一种电驱压气站空冷水冷机组闭式循环冷却系统，其按照环境温度、回水温度(一般控制在30度以下)进行控制，当环境温度在-15度以下时，冷却系统只运行循环泵，防止冻结；当环境温度在-15度到25度时，只运行空冷器，根据回水温度控制空冷器；当环境温度在25度至33度时，空冷器和水冷器同时运行，根据回水温度进行控制；当环境温度高于33度时，只运行水冷器，根据回水温度进行调节。回水温度一般不高于30℃，这种方式的控制参数仅有环境温度、回水温度，未直接控制被冷却的变频器、电机、润滑油的目标温度。此外，该方式未考虑压缩机组的不同运行工况，当压缩机组在高负荷运行情况下，变频器、电机、润滑油温度上升较高，以环境温度、回水温度为控制参数的冷却方式可能不能达到冷却效果，或者不能达到最优冷却效果。同时，目前空冷水冷机组设置，一般为空冷流程和水冷流程并联，需要通过中间阀门来进行流程切换，较为繁琐。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术存在的上述不足中的至少一项。例如，压缩机组的变频电机及变频器产生大量热量造成安全问题。例如，润滑油、电机、变频器采用分散式冷却，冷却设备投资过大。例如，空冷流程和水冷流程并联，需要通过中间阀门来进行流程切换。

为了实现上述目的，本发明的一方面提供了一种电驱压缩机组集中式串联冷却系统。所述系统包括润滑油站、电机、变频器、空冷器、水冷器、循环泵单元和过滤单元，其中，空冷器、水冷器、循环泵单元和过滤装置依次串联，空冷器的待冷却介质入口端分别与润滑油站的冷却介质出口端、电机的冷却介质出口端和变频器的冷却介质出口端连接，过滤器的出口端连接分别与润滑油站的冷却介质入口端、电机的冷却介质入口端和变频器的冷却介质入口端连接。

在本发明的一个示例性实施例中，所述系统还包括差压变送器，差压变送器与过滤装置并联，且能够在过滤装置两端的差压超过预定值时进行报警。

在本发明的一个示例性实施例中，所述过滤单元包括至少两组并联的过滤装置，所述过滤器装置由依次连接的第一阀门、过滤器和第二阀门组成。所述第一阀门和所述第二阀门均可以为手动阀。

在本发明的一个示例性实施例中，所述循环泵单元包括至少两个并联的循环泵。

在本发明的一个示例性实施例中，所述水冷器由压缩机、冷凝器、膨胀阀、蒸发器组成，压缩机、冷凝器、膨胀阀依次串联，蒸发器的冷却介质入口端与膨胀阀连接，蒸发器的冷却介质出口端与压缩机连接，蒸发器的待冷却介质入口端与空冷器的出口端连接，蒸发器的待冷却介质出口端与循环泵连接。

本发明的另一方面提供了一种上述电驱压缩机组集中式冷却系统的多目标回路控制方法，所述方法包括以下步骤：S1、设置第一温度T1和第二温度T2，T1＜T2；S20、获取环境温度T，当T≤T1时，转至步骤S21，当T1＜T＜T2时，转至步骤S22，当T≥T2时，转至步骤S3；S21、控制所述空冷器不运行，所述水冷器不运行，所述循环泵运行；S22、所述空冷器具有m台工频风机，m为自然数且m≥1，运行的工频风机数量为a台，a为自然数且1≤a≤m，若a＜m，则使运行的工频风机数量加1，并回到步骤S20，若a＝m，则转至步骤S23；S23、启动所述水冷器，并由温控PID控制运行；S3、当T≥T2时，所述空冷器不运行，所述水冷器由温控PID控制运行。

在本发明的一个示例性实施例中，所述温控PID包括第一PID控制回路、第二PID控制回路和第三PID控制回路，其中，第一PID控制回路的控制参数为润滑油站的润滑油温度TT1，控制参数设定值为T1_SP，被控参数为压缩机转数VC，输出转速控制值为VC_SP1，第二PID控制回路的控制参数为电机的热空气温度TT2，控制参数设定值为T2_SP，被控参数为压缩机转数VC，输出转速控制值为VC_SP2，第三PID控制回路的控制参数为变频器内的冷却介质温度TT3，控制参数设定值为T3_SP，被控参数为压缩机转数VC，输出转速控制值为VC_SP3，所述温控PID控制回路控制所述水冷器运行的方法包括以下步骤：获取温控阀阀位ZF、所述润滑油温度TT1、所述热空气温度TT2、所述变频器内的冷却介质温度TT3，当ZF≥95％，且存在TT1>T1_SP、TT2>T2_SP或TT3>T3_SP中任意一项时，控制压缩机转数VC＝MAX{VC_SP1，VC_SP2，VC_SP3}。

在本发明的一个示例性实施例中，所述温控PID控制回路控制所述水冷器运行的方法还包括以下步骤：当TT1<T1_SP，且存在T2>T2_SP或TT3>T3_SP中任意一项时，控制压缩机转数VC＝MAX{VC_SP2，VC_SP3}。

在本发明的一个示例性实施例中，所述多目标回路控制方法还包括以下步骤：当TT1<T1_SP、TT2<T2_SP且TT3<T3_SP时，判断由温控PID控制回路所控制的水冷器的所述压缩机转数VC是否等于0，若VC＝0，则将正在运行的工频风机数量减1后回到步骤S20，若VC不等于0，则使用温控PID控制压缩机转数VC＝MAX{VC_SP2，VC_SP3}。

本发明的又一方面提供了一种用于控制电驱压缩机组集中式串联冷却系统的设备。所述设备包括处理器和存储器，存储器用于存储一条或多条计算机指令，当一条或多条所述计算机指令被所述处理器执行时能够实现上述的多目标回路控制方法。

在本发明的一个示例性实施例中，本发明的电驱压缩机组集中式串联冷却系统的多目标回路控制方法能够被编译为相应的程序代码或指令，并被编程为计算机程序。当程序代码或指令被处理器执行时，能够实现电驱压缩机组集中式串联冷却系统的多目标回路控制方法，例如，步骤S1至步骤S3以对电驱压缩机组集中式串联冷却系统进行多目标回路控制。

本发明的又一方面提供了一种机器可读存储介质，其特征在于，存储有一条或多条计算机指令，当一条或多条所述计算机指令在被处理器执行时，使得所述电驱压缩机组集中式串联冷却系统执行上述的多目标回路控制方法。

在本发明的一个示例性实施例中，机器可读存储介质中存储有计算机程序或计算机指令，在计算机程序或指令被执行时可以实现本发明的电驱压缩机组集中式串联冷却系统的多目标回路控制方法，例如，步骤S1至步骤S3。该计算机可读存储介质可以是任意数据存储装置，该数据存储装置中存储有能够被计算机系统读出的数据。例如，计算机可读存储介质的示例可包括：只读存储器、随机存取存储器、只读光盘、磁带、软盘、光数据存储装置和载波(诸如经有线或无线传输路径通过互联网的数据传输)。

与现有技术相比，本发明的有益效果可包括：

(1)采用了串联式空冷水冷系统，外循环水依次通过空冷器和水冷器的蒸发器进行换热，无需控制中间切换阀门，与目前的并联式空冷水冷系统相比，具有结构简单，控制难度低，无需使用电动阀门的优点；

(2)对润滑油、电机、变频器进行集中冷却，减少了1套润滑油系统冷却器设备，减少了冷却设备投资和建设成本；

(3)可以在线更换循环水过滤器，提高了设备可靠性和运行效率；

(4)能够对润滑油温度、电机热空气温度和变频器内的冷却介质温度进行多目标精准控制，降低了空冷水冷系统运行操作复杂度。

附图说明

图1示出了本发明的一个示例性实施例中，所述电驱压缩机组集中式串联冷却系统的示意图。

图中标记：

1-润滑油站，2-电机，3-变频器，4-回油汇管，5-出油汇管，6-第一温度变送器，7-温控阀，8-换热器，9-第二温度变送器，10-第三温度变送器，11-换热板，12-空冷器，13-水冷器，131-蒸发器，132-压缩机，133-冷凝器，134-膨胀阀，14-循环泵单元，15-过滤单元，151-第一过滤装置，152-第二过滤装置，16-第一阀门，17-过滤器，18-第二阀门，19-差压变送器。

具体实施方式

在下文中，将结合示例性实施例来详细说明本发明的。本文中，“第一”、“第二”、“第三”等仅仅是为了方便描述和便于区分，而不能理解为指示或暗示相对重要性或具有严格的顺序性。

示例性实施例1

在本发明的一个示例性实施例中，所述电驱压缩机组集中式串联冷却系统包括润滑油站、电机、变频器、空冷器、水冷器、循环泵单元和过滤单元。空冷器、水冷器和过滤装置依次串联。

空冷器的待冷却介质入口端分别与润滑油站的冷却介质出口端、电机的冷却介质出口端和变频器的冷却介质出口端连接，以对润滑油站的冷却介质、电机的冷却介质以及变频器的冷却介质进行降温。

过滤器的出口端连接分别与润滑油站的冷却介质入口端、电机的冷却介质入口端和变频器的冷却介质入口端连接，以实现润滑油站的冷却介质、电机的冷却介质以及变频器的冷却介质的循环。

在本发明的一个示例性实施例中，所述系统还包括差压变送器，差压变送器与过滤装置并联，且能够在过滤装置两端的差压超过预定值时进行报警，以提醒工作人员对过滤装置进行更换或维护，保证电机、变频器的换热设备、润滑油站的换热设备等的寿命和运行安全。

示例性实施例2

在本发明的一个示例性实施例中，如图1所示，所述电驱压缩机组集中式串联冷却系统包括润滑油站1、电机2、变频器3、空冷器12、水冷器13、循环泵单元14和过滤单元15。

在本示例性实施例中，润滑油通过回油汇管4流入润滑油站1，并由温控阀7控制润滑油流向换热器8的流量，温控阀的阀位越大，流向换热器的润滑油流量越大。润滑油在换热器8中降温后经出油汇管5流出，出油汇管5上设置有第一温度变送器6，用于获取出油汇管内的润滑油温度TT1。

换热器8的冷却介质出口端与空冷器的待冷却介质入口端连接，换热器8的冷却介质入口端与过滤单元15的出口端连接。所述冷却介质进入空冷器后，成为空冷器和水冷器的待冷却介质，通过空冷器和水冷器实现降温，降温后通过循环泵单元14加压、过滤单元15过滤、最后回流至换热器8重新成为冷却介质。

电机2上设置有第二温度变送器9用于获取电机热空气的温度TT2，电机2的冷却介质出口端与空冷器12的待冷却介质入口端连接，电机2的冷却介质入口端与过滤单元15的出口端连接，以使得空冷器和水冷器对冷却介质进行降温。

变频器3与换热板11连接以进行降温，第三温度变送器10与变频器3连接，且能够获取变频器3内的冷却介质温度TT3。

在本发明的一个示例性实施例中，如图1所示，所述系统还包括差压变送器19，差压变送器19与过滤单元15并联，差压变送器19能够在过滤单元15两端的差压超过预定值(例如0.1MPa)时进行报警，报警后可以对过滤单元15进行维护或更换，以保证电机、变频器、润滑油的换热器等设备寿命和运行安全。所述预定值可以根据实际情况进行调整。

在本发明的一个示例性实施例中，所述过滤单元包括至少两组并联的过滤装置。例如图1所示，所述过滤单元15包括两组并联的过滤装置：第一过滤装置151和第二过滤装置152。所述过滤器装置可以由依次连接的第一阀门、过滤器和第二阀门组成。例如图1所示，第一过滤装置151由依次连接的第一阀门16、过滤器17以及第二阀门18组成。进一步地，当差压变送器19报警后，可以通过开关阀门切换所使用的过滤装置，以在不停止所述系统运行的情况下对过滤器进行更换或维修。

在本发明的一个示例性实施例中，所述循环泵单元包括至少两个并联的循环泵，以提高所述系统的可靠性。例如图1所示，循环泵单元14包括并联的第一循环泵和第二循环泵。

在本发明的一个示例性实施例中，所述水冷器可以由压缩机、冷凝器、膨胀阀、蒸发器组成，压缩机、冷凝器、膨胀阀依次串联，蒸发器的冷却介质入口端与膨胀阀连接，蒸发器的冷却介质出口端与压缩机连接，蒸发器的待冷却介质入口端与空冷器的出口端连接，蒸发器的待冷却介质出口端与循环泵连接。在制冷循环中，液态制冷剂经过节流后再蒸发器中汽化吸热，降低外部循环介质(即所述待冷却介质)的温度；压缩机把汽化后的制冷剂进行升压，并在水冷器中循环流动，并通过冷凝器冷凝为高压液体，再经过膨胀阀进行节流降压，最后进入蒸发器。

在本发明的一个示例性实施例中，所述冷却介质可以为循环水。进入电机、变频器、润滑油系统换热后的高温回水串联式通过空冷器、水冷器的蒸发器进行冷却，冷却后的低温冷却水然后进入循环泵单元进行升压，并通过过滤单元过滤，之后再流至润滑油换热器、电机空水冷却器、变频器换热板，以对润滑油、电极、变频器进行降温，如此循环。

示例性实施例3

在本发明的一个示例性实施例中，所述多目标回路控制方法包括步骤S1、S20、S21、S22、S23和S3。

步骤S1：设置第一温度T1和第二温度T2，T1＜T2。

在本发明的一个示例性实施例中，T1为-20℃～0℃，T2为30～35℃。

例如，第一温度T1为-15℃，第二温度T2为33℃。

S20：获取环境温度T，例如，通过温度计、温度变送器或温度传感器获取，比较环境温度T、第一温度T1和第二温度T2，根据比较结果转至步骤S21、S22或S3。例如，当T≤T1时，转至步骤S21，当T1＜T＜T2时，转至步骤S22，当T≥T2时，转至步骤S3。

步骤S21：控制所述空冷器不运行，所述水冷器不运行，所述循环泵运行。当第一温度T1为-15℃时，由于环境温度T≤T1，使所述循环泵运行以保证所述冷却介质不冻结。

S22：所述空冷器具有m台工频风机，m为自然数且m≥1，例如m为6或8，运行的工频风机数量为a台，a为自然数且1≤a≤m，若a＜m，则使运行的工频风机数量加1，并回到步骤S20，若a＝m，则转至步骤S23。

S23：启动所述水冷器，并由温控PID控制运行。这里，由于空冷器的全部风机均已启动，但仍未达到降温需求，所以启动水冷器，并由温控PID控制水冷器运行。

S3、所述空冷器不运行，所述水冷器由温控PID控制运行。这里，当第二温度T2为33℃时，由于环境温度T≥T2，环境温度过高时，空冷器的降温效率低下，为节约能源，使所述空冷器不运行，所述水冷器运行。

在本发明的一个示例性实施例中，所述温控PID包括第一PID控制回路、第二PID控制回路和第三PID控制回路，其中，第一PID控制回路的控制参数为润滑油站的润滑油温度TT1，控制参数设定值为T1_SP，被控参数为压缩机转数VC，输出转速控制值为VC_SP1，第二PID控制回路的控制参数为电机的热空气温度TT2，控制参数设定值为T2_SP，被控参数为压缩机转数VC，输出转速控制值为VC_SP2，第三PID控制回路的控制参数为变频器内的冷却介质温度TT3，控制参数设定值为T3_SP，被控参数为压缩机转数VC，输出转速控制值为VC_SP3。所述温控PID控制回路控制所述水冷器运行的方法包括以下步骤：获取温控阀阀位ZF、所述润滑油温度TT1、所述热空气温度TT2、所述变频器内的冷却介质温度TT3，当ZF≥95％，且存在TT1>T1_SP、TT2>T2_SP或TT3>T3_SP中任意一项时，控制压缩机转数VC＝MAX{VC_SP1，VC_SP2，VC_SP3}，即控制压缩机转数VC为第一PID控制回路、第二PID控制回路和第三PID控制回路中输出转速控制值中最高的值，以确保能够达到降温效果。

在本发明的一个示例性实施例中，所述温控PID控制回路控制所述水冷器运行的方法还包括以下步骤：当TT1<T1_SP，且存在T2>T2_SP或TT3>T3_SP中任意一项时，控制压缩机转数VC＝MAX{VC_SP2，VC_SP3}，即，即控制压缩机转数VC为第二PID控制回路和第三PID控制回路中输出转速控制值中更高的值，以确保电机的热空气温度TT2和变频器内的冷却介质温度TT3能够同时达到降温效果。此处，由于TT1<T1_SP，则温控阀阀位ZF≤95％。若TT1>T1_SP，则温控阀会提高阀位，以使更多的润滑油流向换热器换热。

在本发明的一个示例性实施例中，所述多目标回路控制方法还包括以下步骤：当TT1<T1_SP、TT2<T2_SP且TT3<T3_SP时，判断由温控PID控制回路所控制的水冷器的所述压缩机转数VC是否等于0。若VC＝0，为进一步节约能源，则将正在运行的工频风机数量减1后回到步骤S20。若VC不等于0，为保证降温效果，仍使用温控PID控制压缩机转数VC＝MAX{VC_SP2，VC_SP3}。

在本发明中，在上述任一实施例中进行比较或判断步骤前，还可以进行延时，例如延时100秒、120秒或140秒，以等待所述冷却介质循环流动，获取最接真实情况的数据。

在本发明的一个示例性实施例中，所述T1_SP＜50℃，所述T2_SP小于55℃，T3_SP＜24℃。

综上所述，本发明的有益效果可包括：

(1)电驱压缩机组的变频器、电机、润滑油的冷却设备集成为一套空冷水冷系统，减少了冷却设备投资和建设成本；

(2)通过对变频器内循环水温度、电机热空气温度、润滑油出口汇管温度等3个目标参数进行直接控制，达到最优冷却效果；

(3)降低了空冷水冷系统运行操作复杂度；

(4)可以在线更换循环水过滤器，提高了设备可靠性和运行效率。

尽管上面已经结合示例性实施例及附图描述了本发明，但是本领域普通技术人员应该清楚，在不脱离权利要求的精神和范围的情况下，可以对上述实施例进行各种修改。

Claims (10)

1.一种电驱压缩机组集中式串联冷却系统，其特征在于，所述系统包括润滑油站、电机、变频器、空冷器、水冷器、循环泵单元和过滤单元，其中，

空冷器、水冷器、循环泵单元和过滤装置依次串联，

空冷器的待冷却介质入口端分别与润滑油站的冷却介质出口端、电机的冷却介质出口端和变频器的冷却介质出口端连接，

过滤器的出口端连接分别与润滑油站的冷却介质入口端、电机的冷却介质入口端和变频器的冷却介质入口端连接。

2.根据权利要求1所述的电驱压缩机组集中式串联冷却系统，其特征在于，所述系统还包括差压变送器，差压变送器与过滤装置并联，且能够在过滤装置两端的差压超过预定值时进行报警。

3.根据权利要求1所述的电驱压缩机组集中式串联冷却系统，其特征在于，所述过滤单元包括至少两组并联的过滤装置，所述过滤器装置由依次连接的第一阀门、过滤器和第二阀门组成。

4.根据权利要求1所述的电驱压缩机组集中式串联冷却系统，其特征在于，所述循环泵单元包括至少两个并联的循环泵。

5.一种如权利要求1～4中任意一项所述的电驱压缩机组集中式冷却系统的多目标回路控制方法，其特征在于，

所述方法包括以下步骤：

S1、设置第一温度T1和第二温度T2，T1＜T2；

S20、获取环境温度T，当T≤T1时，转至步骤S21，当T1＜T＜T2时，转至步骤S22，当T≥T2时，转至步骤S3；

S21、控制所述空冷器不运行，所述水冷器不运行，所述循环泵运行；

S22、所述空冷器具有m台工频风机，m为自然数且m≥1，运行的工频风机数量为a台，a为自然数且1≤a≤m，若a＜m，则使运行的工频风机数量加1，并回到步骤S20，若a＝m，则转至步骤S23；

S23、启动所述水冷器，并由温控PID控制运行；

S3、当T≥T2时，所述空冷器不运行，所述水冷器由温控PID控制运行。

6.根据权利要求5所述的电驱压缩机组集中式冷却系统的多目标回路控制方法，其特征在于，所述温控PID包括第一PID控制回路、第二PID控制回路和第三PID控制回路，其中，

第一PID控制回路的控制参数为润滑油站的润滑油温度TT1，控制参数设定值为T1_SP，被控参数为压缩机转数VC，输出转速控制值为VC_SP1，

第二PID控制回路的控制参数为电机的热空气温度TT2，控制参数设定值为T2_SP，被控参数为压缩机转数VC，输出转速控制值为VC_SP2，

第三PID控制回路的控制参数为变频器内的冷却介质温度TT3，控制参数设定值为T3_SP，被控参数为压缩机转数VC，输出转速控制值为VC_SP3，

所述温控PID控制回路控制所述水冷器运行的方法包括以下步骤：

获取温控阀阀位ZF、所述润滑油温度TT1、所述热空气温度TT2、所述变频器内的冷却介质温度TT3，

当ZF≥95％，且存在TT1>T1_SP、TT2>T2_SP或TT3>T3_SP中任意一项时，控制压缩机转数VC＝MAX{VC_SP1，VC_SP2，VC_SP3}。

7.根据权利要求6所述的电驱压缩机组集中式冷却系统的多目标回路控制方法，其特征在于，所述温控PID控制回路控制所述水冷器运行的方法还包括以下步骤：

当TT1<T1_SP，且存在T2>T2_SP或TT3>T3_SP中任意一项时，控制压缩机转数VC＝MAX{VC_SP2，VC_SP3}。

8.根据权利要求6所述的电驱压缩机组集中式冷却系统的多目标回路控制方法，其特征在于，所述多目标回路控制方法还包括以下步骤：当TT1<T1_SP、TT2<T2_SP且TT3<T3_SP时，判断由温控PID控制回路所控制的水冷器的所述压缩机转数VC是否等于0，若VC＝0，则将正在运行的工频风机数量减1后回到步骤S20，若VC不等于0，则使用温控PID控制压缩机转数VC＝MAX{VC_SP2，VC_SP3}。

9.一种用于控制电驱压缩机组集中式串联冷却系统的设备，其特征在于，所述设备包括处理器和存储器，存储器用于存储一条或多条计算机指令，当一条或多条所述计算机指令被所述处理器执行时能够实现如权利要求5～8中任意一项所述的多目标回路控制方法。

10.一种机器可读存储介质，其特征在于，存储有一条或多条计算机指令，当一条或多条所述计算机指令在被处理器执行时，使得所述电驱压缩机组集中式串联冷却系统执行如权利要求5～8中任意一项所述的多目标回路控制方法。

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