用于串联压缩机的负载分配控制的制作方法
【专利摘要】在一些方面，一种压缩机系统包括压缩机组，其包括串联连接的两个或更多压缩机以及控制机构。控制机构由性能控制器控制。性能控制器可操作成识别性能控制器的过程变量；周期性地从负载分配控制器接收用于性能控制器的过程变量的设置点；以及基于性能控制器的过程变量和设置点控制该控制机构。设置点在该两个或更多压缩器的操作期间由负载分配控制器基于与该两个或更多压缩机相关联的负载分配参数动态地确定。
【专利说明】用于串联压缩机的负载分配控制
[0001 ] 优先权声明
本申请声明享有于2013年11月25日提交的美国专利申请第14/089471号的优先权，其全部内容在此通过引用并入。
[0002]背景
本说明书涉及控制压缩机负载分配。
[0003]压缩机是例如通过使用机械能来增大可压缩机流体(例如，气体)的压力的机器。压缩机在各种应用中用于工业过程中，例如，管线、石化和其它应用中。多个压缩机可组装在一起以供应压缩流体，且负载可在多个压缩机之间分配。有效负载分配算法是分布和平衡多个压缩机之间的负载所期望的，使得多个压缩机协作工作以优化压缩机系统的总体性會K。
[0004]概要
在第一总体方面，一种压缩机系统包括压缩机组，其包括串联连接的两个或更多压缩机以及控制机构。所述控制机构由性能控制器控制。所述性能控制器可操作成识别所述性能控制器的过程变量;周期性地从负载分配控制器接收用于所述性能控制器的过程变量的设置点；以及基于所述性能控制器的过程变量和设置点控制所述控制机构。所述设置点在所述两个或更多处理器的操作期间由所述负载分配控制器基于与所述两个或更多压缩机相关联的负载分配参数动态地确定。
[0005]根据方面I的方面2，其中，所述控制机构包括控制阀、调速器或入口导叶中的一个或多个。
[0006]根据方面I或方面2的方面3，其中，所述压缩机组还包括压力换能器，且所述性能控制器可操作成将由所述压力换能器测得的压力识别为所述性能控制器的过程变量。
[0007]根据方面I至3中任一项的方面4，其中，所述负载分配参数为离喘振的距离、压力比、电机电流或涡轮蒸汽消耗中的一者。
[0008]根据方面I至方面4中任一项的方面5，其中，所述控制机构为副控制机构，所述压缩机组还包括主控制机构，且所述性能控制器配置成控制所述副控制机构，使得所述副控制机构和所述主控制机构响应于所述主控制机构的过程变量或设置点的变化一致地操作。
[0009]根据方面5的方面6，其中，所述性能控制器的过程变量为所述第一控制机构与所述第二控制机构之间的中间压力。
[0010]根据方面5或方面6的方面7，其中所述压缩机组为第一压缩机组，还包括一个或多个额外压缩机组，所述一个或多个额外压缩机组和所述第一压缩机组并联连接，其中所述第一压缩机组的主控制机构经历所述第一压缩机组和所述一个或多个额外压缩机组之间的并行负载分配。
[0011]在第八总体方面，一种用于压缩机系统的负载分配方法，所述压缩机系统包括串联连接的两个或更多压缩机，所述方法包括:识别性能控制器的过程变量;识别负载分配控制器的负载分配参数，在所述两个或更多压缩机的操作期间，由所述负载分配控制器基于所述负载分配参数动态地确定用于所述性能控制器的过程变量的过程控制设置点；以及基于所述过程控制设置点和所述过程变量控制控制机构。
[0012]根据方面8的方面9，其中，在所述两个或更多压缩机的操作期间，由所述负载分配控制器动态地确定用于所述性能控制器的过程变量的过程控制设置点包括:识别用于所述负载分配参数的负载分配设置点；以及在所述两个或更多压缩机的操作期间，由所述负载分配控制器基于所述负载分配参数和所述负载分配设置点动态地确定用于所述性能控制器的过程变量的过程控制设置点。
[0013]根据方面8或方面9的方面10，其中，识别所述负载分配参数包括:将所述负载分配参数识别为离喘振的距离;确定所述两个或更多压缩机离喘振的距离；以及监测所述两个或更多压缩机离喘振的距离。
[0014]根据方面10的方面11，其中，基于所述过程控制设置点和所述过程变量控制所述控制机构包括控制所述控制机构以将所述两个或更多压缩机保持在离喘振相等的距离处。
[0015]根据方面8或方面9的方面12，其中，识别所述负载分配参数包括:将所述负载分配参数识别为所述两个或更多压缩机的压力比；以及监测所述两个或更多压缩机的压力比。
[0016]根据方面8至12中任一项的方面13，其中，识别所述性能控制器的过程变量包括:将所述性能控制器的过程变量识别为压力；以及监测与所述控制机构相关联的压力。
[0017]根据方面8至13中任一项的方面14，其中，所述控制机构为副控制机构，所述性能控制器为副性能控制器，且控制所述控制机构包括控制所述副控制机构以与由主性能控制器控制的主控制机构一致地操作。
[0018]根据方面14的方面15，其中，识别所述副性能控制器的过程变量包括将所述副性能控制器的过程变量识别为所述副控制机构与所述主控制机构之间的中间压力。
[0019]在第十六总体方面，一种储存指令的非暂时性计算机可读介质，其在由数据处理设备运行时，执行用于平衡压缩机系统的负载的操作，所述压缩机系统包括串联连接的两个或更多压缩机，所述操作包括:识别性能控制器的过程变量;识别负载分配控制器的负载分配参数;在所述两个或更多压缩机的操作期间，由所述负载分配控制器基于所述负载分配参数动态地确定用于所述性能控制器的过程变量的过程控制设置点；以及基于所述过程控制设置点和所述过程变量控制控制机构。
[0020]根据方面16的方面17，其中，在所述两个或更多压缩机的操作期间，由所述负载分配控制器动态地确定用于所述性能控制器的过程变量的过程控制设置点包括:识别用于所述负载分配参数的负载分配设置点；以及在所述两个或更多压缩机的操作期间，由所述负载分配控制器基于所述负载分配参数和所述负载分配设置点动态地确定用于所述性能控制器的过程变量的过程控制设置点。
[0021]根据方面16或方面17的方面18，其中，识别所述负载分配参数包括:将所述负载分配参数识别为离喘振的距离;确定所述两个或更多压缩机离喘振的距离；以及监测所述两个或更多压缩机离喘振的距离。
[0022]根据方面18的方面19，其中，基于所述过程控制设置点和所述过程变量控制所述控制机构包括控制所述控制机构以将所述两个或更多压缩机保持在离喘振相等的距离处。
[0023]根据方面16或方面17的方面20，其中，识别所述负载分配参数包括:将所述负载分配参数识别为所述两个或更多压缩机的压力比；以及监测所述两个或更多压缩机的压力比。
[0024]根据方面16至20中任一项的方面21，其中，识别所述性能控制器的过程变量包括:将所述性能控制器的过程变量确定为压力；以及监测与所述控制机构相关联的压力。
[0025]根据方面16至21中任一项的方面22，其中，所述控制机构为副控制机构，所述性能控制器为副性能控制器，且控制所述副控制机构的操作包括控制所述控制机构以与由主性能控制器控制的主控制机构一致地操作。
[0026]根据方面22的方面23，其中，识别所述副性能控制器的过程变量包括将所述副性能控制器的过程变量识别为所述副控制机构与所述主控制机构之间的中间压力。
[0027]附图和以下描述中阐述了一种或多种实施方式的细节。其它特征、目的和优点将从描述和附图以及从权利要求清楚。
[0028]附图描述
图1和图2为不例性压缩机系统的不意图。
[0029]图3为可操作成实现串行负载分配算法的控制器的示例性功能框的示意图。
[0030]图4为示出用于控制串联连接的压缩机的负载分配的示例性过程的流程图。
[0031]详细描述
一些系统(例如，燃气涡轮和蒸汽涡轮、石化系统、管线系统、工业系统等)包括多个压缩机，其例如并联、串联或以混合方式连接。多个压缩机之间的负载分配对于优化总体系统性能很重要。此外，负载分配算法是保持该多个压缩机的稳定操作和有效使用所期望的。在一些情况中，负载分配可分成并行负载分配，且在其它情况中，负载分配可为串行负载分配(SLS)。这些负载分配系统和技术可分别关于并行压缩机和串行压缩机使用。具体而言，并行负载分配包括这样的控制目标，其中负载在连接至公共吸入和排放压力集管(header)的两个或更多并行的压缩机或压缩机组之间划分。另一方面，串行负载分配包括这样的控制目标，其中负载在两个或更多串行的压缩机之间划分，压缩机布置成使得第一压缩机的排放连接到至第二压缩机的吸入，且对于随后的压缩机以此类推。
[0032]常规负载分配算法例如对于并行负载分配存在以计算对于各个压缩机组的主控制器的负载分配偏差。但是，在常规算法用于控制关于分享公共流的串行压缩机和控制机构(例如，过程控制阀)的压缩机参数时，问题出现。在一些实施方式中，常规算法可产生不稳定的控制，具有串联的阀之间的相反的控制反应。例如，它们可引起一个阀完全开启，而其它阀作为响应变得完全闭合。最后，常规算法可导致控制损失，且将控制阀驱动至其极限。
[0033]本公开内容中描述的示例性技术可有助于解决上文提到的问题。具体而言，性能控制器可用于控制控制机构。在一些情况下，多个串行控制机构可分别具有相应的性能控制器。性能控制器的控制参数可选择成使得性能控制器的控制输出导致该多个串联控制机构的一致的非反向的控制动作。举例来说，压力可用作性能控制器的控制参数。关于压力操作的性能控制器可控制副控制机构，以有利地响应于主控制机构的移动且因此实现压缩机系统的稳定控制。
[0034]此外，示例性技术包括级联控制器，其驱动性能控制器的设置点。级联控制器可为负载分配控制器，其关于负载分配参数(例如，离喘振的距离)操作，同时性能控制器关于过程变量(例如，压力)操作。级联负载分配控制器的控制输出可转换成用于性能控制器的过程设置点。性能控制器根据过程设置点控制过程变量，且将控制输出发送至控制机构。控制负载分配参数的级联控制器和与主控制器一起(不相反)工作的控制压力的性能控制器的组合实现串行负载分配目标且允许平稳和稳定的控制。
[0035]本文所述的示例性技术例如可有效地应用于串行压缩机且可实现各种优点。例如，示例性技术可有助于不但对于包括多个串行压缩机的信号压缩机组而且对于进一步经历并行负载分配约束的多个串行压缩机组形成串行负载分配。在一些情况下，不同于可有效用于假定没有单元在喘振状态附近的设备操作的常规负载分配算法，示例性技术使用适合的负载分配参数(例如，离喘振的距离、压力比等)，且可防止抗喘振阀过早开启，即使压缩机接近喘振状态操作。此外，压缩机之间的压力比或离喘振的距离的差异对于变化的操作条件不是线性的；本文所述的技术并未由该非线性极大地影响，且可提供对于多种应用的稳健且可靠的负载分配控制。在一些方面中，本文所述的串行负载分配控制技术可提供改善的效率、可靠性、控制稳定性，或对于整个压缩机系统的这些和其它益处的组合。额外或不同优点可在一些应用中获得。
[0036]图1为示例性压缩机系统100的示意图。示例性压缩机系统100包括并联的两个压缩机组110、150，且两个组110、150中的各个均包括串联连接的两个压缩机。两个压缩机组110和150连接到公共吸入管线122和公共排放管线124。第一压缩机组110包括压缩机112和114，使得第一压缩机112的排放连接到第二压缩机114的吸入。在一些情况中，第一压缩机112可称为上游压缩机，而第二压缩机114可称为下游压缩机。第二压缩机组150包括以与第一压缩机组110中的两个压缩机112和114相似的方式连接的两个串行压缩机152和154。在一些实施方式中，压缩机系统可包括并联连接的两个以上的压缩机组。例如，压缩机系统可包括五个并行压缩机组，其从公共吸入集管划分负载。各个压缩机组可包括一个或多个压缩机。例如，该多个压缩机组中的一个可包括分享公共流的三个串联压缩机，而另一个组可包括仅一个压缩机。压缩机系统可包括额外或不同的压缩机，其以并联、串联或以另一方式构造。
[0037]压缩机系统可包括额外的测量装置、控制机构或其它构件。例如，测量装置可包括一个或多个流元件，其指出了流的性质(例如，量、速度、流率等)、压力换能器、温度换能器，或另一类型的传感器或计量器。控制机构可包括但不限于控制阀(例如，入口或吸入阀、再循环阀等)、调速器、入口导叶，或任何其它类型的控制装置。测量装置和控制机构可联接到公共吸入管线和排放管线(例如，吸入管线122和排放管线124)、压缩机组(例如，压缩机组110、150)或压缩机系统100的任何其它构件中的一个或多个。测量装置和控制机构可以以如需要的各种方式放置和构造。
[0038]在图1中所示的示例中，压力换能器(PT)125联接到压缩机系统100的吸入管线122，且能够测量吸入集管压力。在一些情况中，PT 125可称为吸入集管压力换能器。第一压缩机组110包括两个控制阀116、118和两个PT 113、115。第一压缩机组110可包括另一类型的控制机构或测量装置。在一些情况中，PT 113可操作成测量压缩机112的吸入压力，而PT115可操作成测量压缩机112的排放压力。在一些实施方式中，由于PT 115在控制阀118和压缩机114上游，故由PT 115测得的压力可用作控制阀118和压缩机114的上游压力。包括两个控制阀156、158和两个PT 153、155的第二压缩机组150以类似于第一压缩机组110的方式构造。
[0039]在一些实施方式中，各个控制阀均可由性能控制器控制。性能控制器为操纵压缩机的节流阀、入口导叶、调速器或其它控制机构以用于控制过程参数(例如，设备压力)的控制器。在一些情况中，性能控制器也可与并联的多个组分享其过程。在图1中所示的示例中，控制阀116为由主控制器控制的主控制阀。主控制器控制主设备参数，例如，吸入集管压力或排放集管压力。在一些实施方式中，主控制器也可经历组之间的并联负载分配。在图1中所示的示例中，控制阀116的性能控制器控制由PT 125测得的吸入集管压力，且经历压缩机组110与150之间的并联负载分配。
[0040]控制阀118为由副控制器控制的副控制阀。副控制器为性能控制器，其通过影响其自身性能输出来执行串行负载分配功能。例如，副控制器可控制压力，且将其性能输出发送至控制阀118。作为响应，控制阀118可完全地或部分地开启或闭合。在一些实施方式中，副控制器可包括性能控制器和串行负载分配控制器。串行负载分配控制器可级联至性能控制器，意味着其可用于驱动性能控制器的设置点。串行负载分配控制器和性能控制器一起工作为副控制器，以输送用于串联的多个压缩机的串行负载分配控制。参照图3更详细描述了级联控制器和性能控制器的示例性功能和相互作用。
[0041 ]图2为另一个不例性压缩机系统200的不意图。压缩机系统200可具有与压缩机系统100相同或不同的构造。为了图示，示例性压缩机系统200类似于图1中的示例性压缩机系统100，只是图2针对示例性排放压力控制情况，而图1针对示例性吸入压力控制情况。具体而言，压缩机系统200包括并联的两个压缩机组210、250，且两个组210、250中的各个组均包括串联连接的两个压缩机。两个压缩机组210和250共用公共吸入管线222和公共排放管线224上。PT 225联接到排放管线224，且可操作成测量排放集管压力。第一压缩机组210包括两个串行压缩机212和214、两个控制阀216和218，以及两个PT 213和215。第二压缩机组250包括两个串行压缩机252和254、两个控制阀256和258，以及两个PT 253和255。相比于图1，控制阀218和258(分别在控制阀216和256下游)为主控制机构。主控制阀218和258由主控制器控制，主控制器以主设备参数操作，例如，如由PT 225测得的排放集管压力。控制阀216和256为由副控制器控制的副控制阀，副控制器负责各个压缩机组内的串行负载分配。类似地，副控制器可包括性能控制器和级联串行负载分配控制器。
[0042]在一些实施方式中，压力可确定和使用为用于性能控制器的过程参数。其它参数诸如电机电流、离喘振的距离、压力比、基于压缩机工作(例如，由抗喘振逻辑计算)计算的偏差等可由串行负载分配控制算法使用。在一些方面，对于稳定性控制，主控制器和副控制器需要控制过程参数，其将不会导致主控制机构与副控制机构之间的反向反应。例如，如果主控制器控制主控制机构(诸如节流阀)上游的压力，则副控制器可能需要控制与副控制机构(如图1中所示)相关联的控制机构上游的压力。类似地，对于下游压力控制，如果主控制器控制主控制机构下游的压力(例如，如图2中所示)，则副控制器可能需要控制其控制机构下游的压力。此布置可使阀工作一致(即，它们将在响应于主控制的过程值或设置点的变化时沿相同方向移动)。
[0043]在一些情况中，用于副控制器的简单压力控制并未实现负载分配目的，诸如通过将两个压缩机保持在离喘振大致相等的负载或距离处而平衡压缩机。为了实现串行负载分配目的，负载分配参数可对于负载分配控制器确定。负载分配控制器可级联至与控制机构相关联的性能控制器，以驱动性能控制器的设置点。负载分配参数可包括但不限于操作点参数(例如，离喘振的距离)、压力比、(多变)压头、外部参数或其它参数。在一些方面，包括在副控制器中的性能控制器可响应于设置点和过程变化提供稳定操作，而包括在副控制器中的级联控制器可确保两个压缩机例如在离喘振大致相等的距离处操作。
[0044]图3为示出控制器300的示例性功能框的框图，控制器300可操作成实施串行负载分配算法。控制器300可用作分别用于图1和图2中的控制阀118、158、216或256的副控制器，或以另一方式使用。在一些情况下，控制器300可在仅包括多个串行压缩机的单个压缩机组的压缩机系统中使用。在图3中所示的示例中，压缩机300包括两个控制器330和370，其中控制器330级联至控制器370。例如，控制器330或370可为比例积分导数(PID)控制器，或另一类型。控制器330可为负载分配控制器，其关于负载分配参数(例如，离喘振的距离、压力比等)操作，同时控制器370可为关于过程变量(例如，压力、流率等)操作的性能控制器。
[0045]作为示例性操作，控制器330接收负载分配设置点310和负载分配参数320作为输入。控制器330动态地生成串行负载分配(SLS)输出，例如，基于负载分配设置点310和负载分配参数320。在340处，SLS输出可转换成用于控制器370的过程性能设置点(SP)。在一些实施方式中，SLS输出至性能SP的转换340可实现为从控制器330(例如，如图3中所示)的单独的控制逻辑，或转换340可实现为负载分配控制器330的集成构件或模块。在一些情况中，控制器330与转换逻辑340—起称为负载分配控制器，其确定用于性能控制器370的过程设置点350。性能控制器370接收由负载分配控制器330驱动的过程设置点350以及过程控制变量360，且生成控制输出380。控制输出380可发送至控制机构，例如图1和图2中的控制阀118、158、216或256，或另一机构。响应于控制输出380，例如，控制机构可完全或部分地开启或闭合以调整过程变量，且最终实现多个串行压缩机之间的串行负载分配。
[0046]注意，常规负载分配算法通常包括平均、倍增，或以其它方式计算负载分配参数、过程参数或两者的组合来偏置控制输出，本文所述的示例性技术使用负载分配控制器来基于负载分配参数驱动性能控制器的过程设置点。本文所述的示例性技术可在某些情况下提供过程的更完整控制，且通常可获得更可靠且稳定的负载分配控制。
[0047]在一些实施方式中，图3可包括额外或不同功能块。例如，可包括手动阀控制器以允许手动调整或干预。例如，手动阀控制器和性能控制器370的输出可由额外控制逻辑比较或以其它方式操纵(例如，性能低信号选择、滤波器等)。然后，来自额外控制逻辑的选择的或以其它方操纵的输出可发送至控制机构以用于负载分配控制。其它功能块可加入，且这些和其它功能块可以以不同方式配置。
[0048]图4为示出用于控制串联的压缩机的负载分配的示例性过程400的流程图。所有或部分示例性过程400可在硬件、软件、固件或它们的组合中实现。在一些情况中，示例性过程400可实现为用于包括串联连接的多个压缩机的压缩机系统的示例性串行负载分配控制算法。压缩机系统可包括两个或更多压缩机组，例如，如图1和图2中所示，或压缩机系统可包括具有多个串行压缩机的单个压缩机组。作为示例，示例性过程400可实现为串行负载分配控制算法，以用于控制图1和图2中所示的一个或多个控制阀118、158、216或256。在一些实施方式中，例如，示例性过程400可通过任何其它适合的数据处理设备、系统、软件和硬件或它们的组合来执行。过程400、过程400的独立操作或操作的组可并联、串联或以另一方式重复或执行。在一些情况中，过程400可包括以相同或不同顺序执行的相同、额外、较少或不同的操作。
[0049 ]在410处，性能控制器(例如，性能控制器3 7 O)的过程变量(例如，过程控制参数360)可识别。在一些实施方式中，与控制机构(例如，控制阀)相关联的压力可识别为用于性能控制器的过程变量。在此情况下，性能控制器可称为压力控制器。在一些情况中，识别过程变量可包括接收测量数据或另外监测过程变量，例如，经由测量装置(例如，现场中的压力收发器、温度收发器、传感器等)。在一些示例中，识别过程变量可包括在压缩机系统的操作期间实时监测过程变量。
[0050]在一些应用中，计算机系统或压缩机组可包括额外控制机构。在一些实施方式中，负责串行负载分配的控制机构为副控制机构，而压缩机组还包括主控制机构。在此情况下，性能控制器可配置成控制副控制机构，使得副控制机构和主控制机构响应于过程变量或主控制机构的设置点中的变化一致地操作。为了确保副控制阀与主控制阀一起良好工作，性能控制器的过程变量可为在第一控制机构与第二控制机构之间测得的中间压力。
[0051 ] 例如，如图1中所示，假定控制器A控制主控制阀116上游的吸入集管压力，则副压缩机114的性能由控制器B经由副控制阀118控制。例如，控制器B可实现示例性过程400以平衡或以其它方式管理压缩机112和114的负载，同时与控制器A的需求一起(不相反)工作。在此情况下，控制器B可控制控制阀118上游的压力，因为控制器A控制上游吸入压力。在所示的示例中，控制阀116和118之间由任一PT 113或115测得的中间压力可用作用于控制器B的过程变量。例如，从压缩机112的排放PT 115可识别为控制器B的过程变量。类似地，在图2中，给定主控制阀218控制下游压力(例如，由PT 225测得的排放压力)，则与副控制阀216相关联的性能控制器可执行示例性串行负载分配算法400，且使用副控制阀216下游的中间压力(例如，由PT 213或215测得)。在一些实施方式中，额外或不同的下游压力可用作用于副控制阀216的性能控制器的过程变量。
[0052]在420处，可识别负载分配控制器(例如，负载分配控制器330)的负载分配参数(例如，负载分配参数320)。例如，负载分配参数可包括离喘振的距离、压力比、电机电流、涡轮蒸汽消耗、计算的压缩机功率(以瓦为单位的负载值)，或其它参数。例如，原动件负载的任何测量都可用作负载分配参数。例如，如果原动件为电机，则可使用电机电流，或如果原动件为蒸汽涡轮，则可使用蒸汽流/消耗。在一些实施方式中，负载分配参数可用来确定用于负载分配控制器的负载分配过程变量。
[0053]作为一个示例，喘振过程变量(SPV)可识别为用于负载分配控制器的负载分配参数。SPV可为离喘振的距离，其指出了当前操作点与喘振线之间的距离。喘振线可为压缩机特性图上的喘振点的集合。喘振线上方是不稳定流的区域，其通常被避开。SPV可为由抗喘振控制器使用的过程变量参数以控制抗喘振阀。在一些实施方式中，SPV为基于压缩机流、吸入压力、排放压力以及温度计算的值。作为特定示例，控制线为SPV = 100，且喘振线为SPV = 90。大于100的SPV为远离喘振的目标操作区域，其中抗喘振阀闭合。假定两个压缩机A和B在一些SPV值下自然地运行，例如，SPV (A) = 112和SPV (A) = 118。当前负载分配过程变量可识别为SPV(B)/SPV(A) = 118/112 = 1.05，或以另一方式。
[0054]作为另一个示例，压力比可识别为用于负载分配控制器的负载分配参数。例如，压力比可为压缩机的排放压力与吸入压力的比率，或压力比可以以另一方式限定。用于负载分配控制器的负载分配过程变量可为〃压力比〃的比率。例如，如果p2A/plA和p2B/plB分别为用于压缩机A和B的压力比，则(p2B/plB) / (p2A/plA)(S卩，压缩机B的压力比除以压缩机A的压力比)可用作级联负载分配控制器的负载分配过程变量。
[0055]在一些情况中，负载分配控制器(例如，负载分配控制器330)可进一步识别负载分配设置点(例如，负载分配设置点310)。负载分配设置点可为用于串联负载分配控制的期望操作点。负载分配设置点可基于系统要求、过程条件或其它因数来指定或调整(例如，手动地或自动地)。例如，负载分配设置点可为指出两个或更多压缩机之间的平衡负载分布的值(例如，"I")。在其它情况中，负载分配设置点可为另一个值。例如，负载分配设置点可指定(例如，由操作者)为某一值，以便压缩机在压力比或SPV等的特定失衡下操作(例如，在组中的多个压缩机不相似的情况下)。负载分配控制器可比较负载分配设置点和负载分配过程变量以动态地确定控制输出，其可引起负载分配过程变量接近或达到负载分配设置点。具体而言，在以上SPV示例中，如果负载分配控制器的负载分配设置点设置为1.05，则负载分配控制器将满足，对于压缩机A和B在SPV(A) = 112和SPV(B) = 118下运行。另一方面，如果用于级联串行负载分配控制器的设置点为I，则级联负载分配控制器将减小其输出来试图达到例如目标SPV(B)/SPV(A) = 115/115 = I，或以另一方式。
[0056]在430处，用于性能控制器的过程变量的过程控制设置点(例如，过程控制设置点350)可基于负载分配参数由负载分配控制器(例如，负载分配控制器330和SLS至SP的转换340)动态地确定。例如，过程控制设置点可从负载分配输出转换，负载分配输出基于负载分配参数和负载分配控制器的负载分配设置点确定。在一些实施方式中，负载分配过程变量、负载分配设置点或两者可在压缩机系统的操作期间变化。负载分配输出且因此过程控制设置点可响应于负载分配过程变量、负载分配设置点或两者的变化动态地确定。结果，级联的负载分配控制器在压缩机的操作期间动态地驱动用于性能控制器的设置点。在一些情况中，用于过程变量(例如，压力)的准确设置点不容易获得；因此，过程控制设置点的范围可由级联负载分配控制器驱动。这些范围可按需要对于最佳性能配置和调节，例如，基于压缩机数据表中给出额定条件。级联控制器的输出转换成压力设置点范围，其允许性能控制器调整过程变量，同时保持期望的负载分配过程变量。
[0057]作为示例性技术，级联负载分配控制器计算O到100%的输出信号。该百分比可转换成用于例如对压力操作的性能控制器的设置点。在一种示例性实施方式中，转换通过将负载分配控制器输出的O到100%线性地定标至一些最小和最大压力值来完成。例如，对于压缩机A的排放压力，额定压力可为大约700PSI。基于该额定压力，为了测试，500PSI和900PSI的值可选择为用于压力设置点转换的最小压力和最大压力。在该示例中，0-100%对应于500-900PSI，其中0%=500PSI，且100%=900PSI。压力范围500-900PSI然后为基于来自级联负载分配控制器的负载分配参数的性能控制器的移动设置点。在以上示例中，选择的范围刚好在对于压缩机A提供的抗喘振压力表的规定外，其示出喘振在大约550PSI下发生，且阻塞在大约800PSI下发生。来自抗喘振压力表的喘振和阻塞极限还可选择为串行负载分配压力范围极限，且可观察到对过程和负载分配性能的影响。额外或不同的值可指定为最小压力或最大压力。例如，如果期望，则用于串行负载分配的最小值和最大值也可设置为小于或大于压缩机压力表中指定的范围。在一些情况中，较宽范围将允许级联的负载分配控制器更快且更远驱动性能控制器以实现负载分配目标。较小范围将导致组中更稳定的压力控制，以及可能较少的过程混乱。
[0058]在440处，控制机构可基于过程控制设置点和过程变量来控制。控制机构可包括控制阀、速度控制器、入口导叶或另一控制器件中的一个或多个。控制机构可从性能控制器接收控制信号，且根据控制信号响应(例如，部分地或完全地开启或闭合)。性能控制器可比较其过程控制设置点(例如，在430处基于负载分配参数确定)和过程变量，且确定输出以基于比较控制控制机构。例如，使用上文所述的相同SPV示例，给定负载分配设置点为I，且当前负载分配过程值为1.05，则负载分配控制器将减小其输出。负载分配控制器输出的减小将导致性能控制器的过程控制设置点(例如，压力设置点)的减小。在此情况下，负载分配控制器可称为非反向控制器。在压力设置点减小时，假定性能控制器过程值高于压力设置点，则性能控制器将增大其输出，因为性能控制器为上游压力控制器(例如，用于图1中的控制阀118或158的性能控制器)。阀可开启以减小上游压力。在此吸入压力控制情况中，性能控制器为反向控制器。另一方面，对于排放压力控制(例如，如图2中所示)，为了增大过程变量，阀(例如，控制阀216或256)将开启而不是闭合，且性能控制器将不会反向。对于不同地配置(例如，从图1和图2)的阀和压力传送器的布置，性能控制器和负载分配控制器的反转可不同。
[0059]本主题和本说明书中所述的操作的一些实施例可实现为数字电子电路，或实现为计算机软件、固件或硬件，包括本说明书及其结构等同物中公开的结构，或与它们中的一个或多个组合实施。本说明书中所述的主题的一些实施例可实施为一个或多个计算机程序，即，计算机程序指令的一个或多个模块，其在计算机储存介质上编码以用于由数据处理设备执行或控制其操作。计算机储存介质可为或可包括在其中:计算机可读储存装置、计算机可读储存基底、随机或串行存取存储器阵列或装置，或它们中的一个或多个的组合。此外，尽管计算机储存介质不是传播的信号，但计算机储存介质可为在人工生成的传播信号中编码的计算机程序指令的源或目标。计算机储存介质也可为或包括在一个或多个单独的物理构件或介质中(例如，多个CD、盘或其它储存装置)。
[0060]用语〃数据处理设备〃涵盖用于处理数据的所有类型的设备、装置和机器，举例来说，包括可编程处理器、计算机、芯片上的系统或前述的多个或组合。设备可包括专用逻辑电路，例如，FPGA(现场可编程门阵列)或ASICX专用集成电路)。除硬件外，设备还可包括产生用于提到的计算机程序的运行环境的代码，例如，构成处理器固件、协议堆栈、数据库管理系统、操作系统、跨平台运行时环境、虚拟机或它们中的一个或多个的组合的代码。设备和运行环境可实现多种不同的计算模型基础设施，诸如网络服务、分布式计算和网格计算基础设施。
[0061]计算机程序(也称为程序、软件、软件应用、脚本或代码)可以以任何形式的编程语言编写，包括汇编或解释语言、说明性语言或程序语言。计算机程序可以但不一定对应于文件系统中的文件。程序可储存在保持其它程序或数据(例如，储存在标记语言文件中的一个或多个脚本)的文件的一部分中，专用于提到的程序的单个文件中，或多个协调的文件中(例如，储存一个或多个模块、子程序或代码部分的文件)。计算机程序可用于在位于一个地点或越过多个地点分布且由通信网络互连的一个计算机或多个计算机上运行。
[0062]本说明书中描述的过程和逻辑流中的一些可由一个或多个可编程处理器执行，其运行一个或多个计算机程序以通过在输入数据上操作且生成输出执行动作。过程和逻辑流也可由专用逻辑电路(例如，FPGA(现场可编程门阵列)或ASIC(专用集成电路))执行，且设备也可实现为该专用逻辑电路。
[0063]举例来说，适合于执行计算机程序的处理器包括通用和专用微处理器两者，以及任何类型的数字计算机的处理器。大体上，处理器将从只读存储器或随机存取存储器或两者接收指令和数据。计算机包括用于根据指令执行动作的处理器，以及用于储存指令和数据的一个或多个存储器装置。计算机还可包括用于储存数据的一个或多个大容量储存装置(例如，磁盘、磁光盘或光盘)或可操作地联接至其以从其接收数据或传递数据至其，或两者。然而，计算机不一定具有此装置。适合于储存计算机程序指令和数据的装置包括所有形式的非易失性存储器、介质和存储器装置，举例来说，包括半导体存储器装置(例如，EPROM、EEPROM,闪速存储器装置和其它)、磁盘(例如，内部硬盘、可除去盘和其它)、磁光盘和⑶-ROM和DVD-ROM盘。处理器和存储器可由专用逻辑电路补充或并入其中。
[0064]为了提供与用户的交互，操作可在计算机上实现，计算机具有显示装置(例如，监视器或另一类型的显示装置)，以用于将信息显示给用户，以及键盘和打印装置(例如，鼠标、轨迹球、平板、触敏屏幕或另一类型的指针装置)，用户可通过其提供输入至计算机。其它类型的装置也可用于与用户交互;例如，提供至用户的反馈可为任何形式的传感器反馈，例如，视觉反馈、听觉反馈或触觉反馈;来自用户的输入可以以任何形式接收，包括声音、语音或触觉输入。此外，计算机可通过发送文件至由用户使用的装置和从该装置接收文件来与用户交互;例如，通过响应于从网络浏览器接收到的请求来将网页发送至用户客户端上的网络浏览器。
[0065]客户端和服务器大体上远离彼此，且通常通过通信网络交互。通信网络的示例包括局域网(〃1^^〃)和宽域网(〃胃4『)，互联网(例如，因特网)、包括卫星链路的网路，以及点对点网络(例如，特别的点对点网络)。客户端与服务器之间的关系通过在相应计算机上运行且具有与彼此的客户端一服务器关系的计算机程序引起。
[0066]已经示出和描述了一定数目的示例；可作出各种改变。尽管本说明书包含许多细节，但这些不应当看作是对可声明的范围的限制，而是作为特定示例特有的特征的描述。本说明书中描述的某些特征在单独的实施方式的背景下也可组合。相反，在单个实施方式的背景下描述的各种特征可单独地或以任何适合的子组合实现。因此，其它实施方式在以下权利要求的范围内。
【主权项】
1.一种压缩机系统，包括: 包括串联连接的两个或更多压缩机的压缩机组；以及 控制机构，所述控制机构由性能控制器控制，所述性能控制器可操作成: 识别所述性能控制器的过程变量； 周期性地从负载分配控制器接收用于所述性能控制器的过程变量的设置点，其中所述设置点在所述两个或更多压缩机的操作期间由所述负载分配控制器基于与所述两个或更多压缩机相关联的负载分配参数动态地确定；以及 基于所述性能控制器的过程变量和设置点控制所述控制机构。2.根据权利要求1所述的压缩机系统，其特征在于，所述控制机构包括控制阀、调速器或入口导叶中的一个或多个。3.根据权利要求1或权利要求2所述的压缩机系统，其特征在于，所述压缩机组还包括压力换能器，且所述性能控制器可操作成将由所述压力换能器测得的压力识别为所述性能控制器的过程变量。4.根据前述权利要求中任一项所述的压缩机系统，其特征在于，所述负载分配参数为离喘振的距离、压力比、电机电流或涡轮蒸汽消耗中的一者。5.根据前述权利要求中任一项所述的压缩机系统，其特征在于，所述控制机构为副控制机构，所述压缩机组还包括主控制机构，且所述性能控制器配置成控制所述副控制机构，使得所述副控制机构和所述主控制机构响应于所述主控制机构的过程变量或设置点的变化一致地操作。6.根据权利要求5所述的压缩机系统，其特征在于，所述性能控制器的过程变量为所述第一控制机构与所述第二控制机构之间的中间压力。7.根据权利要求5或权利要求6所述的压缩机系统，其特征在于，所述压缩机组为第一压缩机组，所述压缩机系统还包括一个或多个额外压缩机组，所述一个或多个额外压缩机组和所述第一压缩机组并联连接，其中所述第一压缩机组的主控制机构经历所述第一压缩机组和所述一个或多个额外压缩机组之间的并行负载分配。8.—种用于压缩机系统的负载分配方法，所述压缩机系统包括串联连接的两个或更多压缩机，所述方法包括: 识别性能控制器的过程变量； 识别负载分配控制器的负载分配参数； 在所述两个或更多压缩机的操作期间，由所述负载分配控制器基于所述负载分配参数动态地确定用于所述性能控制器的过程变量的过程控制设置点；以及 基于所述过程控制设置点和所述过程变量控制控制机构。9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，在所述两个或更多压缩机的操作期间，由所述负载分配控制器动态地确定用于所述性能控制器的过程变量的过程控制设置点包括: 识别用于所述负载分配参数的负载分配设置点；以及 在所述两个或更多压缩机的操作期间，由所述负载分配控制器基于所述负载分配参数和所述负载分配设置点动态地确定用于所述性能控制器的过程变量的过程控制设置点。10.根据权利要求8或权利要求9所述的方法，其特征在于，识别所述负载分配参数包括: 将所述负载分配参数识别为离喘振的距离； 确定所述两个或更多压缩机离喘振的距离；以及 监测所述两个或更多压缩机离喘振的距离。11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，基于所述过程控制设置点和所述过程变量控制所述控制机构包括控制所述控制机构以将所述两个或更多压缩机保持在离喘振相等的距离处。12.根据权利要求8或权利要求9所述的方法，其特征在于，识别所述负载分配参数包括: 将所述负载分配参数识别为所述两个或更多压缩机的压力比；以及 监测所述两个或更多压缩机的压力比。13.根据权利要求8至权利要求12中任一项所述的方法，其特征在于，识别所述性能控制器的过程变量包括: 将所述性能控制器的过程变量识别为压力；以及 监测与所述控制机构相关联的压力。14.根据权利要求8至权利要求13中任一项所述的方法，其特征在于，所述控制机构为副控制机构，所述性能控制器为副性能控制器，且控制所述控制机构包括控制所述副控制机构以与由主性能控制器控制的主控制机构一致地操作。15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，识别所述副性能控制器的过程变量包括将所述副性能控制器的过程变量识别为所述副控制机构与所述主控制机构之间的中间压力。16.—种储存指令的非暂时性计算机可读介质，其在由数据处理设备运行时，执行用于平衡压缩机系统的负载的操作，所述压缩机系统包括串联连接的两个或更多压缩机，所述操作包括: 识别性能控制器的过程变量； 识别负载分配控制器的负载分配参数； 在所述两个或更多压缩机的操作期间，由所述负载分配控制器基于所述负载分配参数动态地确定用于所述性能控制器的过程变量的过程控制设置点；以及基于所述过程控制设置点和所述过程变量控制控制机构。17.根据权利要求16所述的非暂时性计算机可读介质，其特征在于，在所述两个或更多压缩机的操作期间，由所述负载分配控制器动态地确定用于所述性能控制器的过程变量的过程控制设置点包括: 识别用于所述负载分配参数的负载分配设置点；以及 在所述两个或更多压缩机的操作期间，由所述负载分配控制器基于所述负载分配参数和所述负载分配设置点动态地确定用于所述性能控制器的过程变量的过程控制设置点。18.根据权利要求16或权利要求17所述的非暂时性计算机可读介质，其特征在于，识别所述负载分配参数包括: 将所述负载分配参数识别为离喘振的距离； 确定所述两个或更多压缩机离喘振的距离；以及 监测所述两个或更多压缩机离喘振的距离。19.根据权利要求18所述的非暂时性计算机可读介质，其特征在于，基于所述过程控制设置点和所述过程变量控制所述控制机构包括控制所述控制机构以将所述两个或更多压缩机保持在离喘振相等的距离处。20.根据权利要求16或权利要求17所述的非暂时性计算机可读介质，其特征在于，识别所述负载分配参数包括: 将所述负载分配参数识别为所述两个或更多压缩机的压力比；以及 监测所述两个或更多压缩机的压力比。21.根据权利要求16至权利要求20中任一项所述的非暂时性计算机可读介质，其特征在于，识别所述性能控制器的过程变量包括: 将所述性能控制器的过程变量确定为压力；以及 监测与所述控制机构相关联的压力。22.根据权利要求16至权利要求21中任一项所述的非暂时性计算机可读介质，其特征在于，所述控制机构为副控制机构，所述性能控制器为副性能控制器，且控制所述副控制机构的操作包括控制所述控制机构以与由主性能控制器控制的主控制机构一致地操作。23.根据权利要求22所述的非暂时性计算机可读介质，其特征在于，识别所述副性能控制器的过程变量包括将所述副性能控制器的过程变量识别为所述副控制机构与所述主控制机构之间的中间压力。
【文档编号】F04D27/02GK105917122SQ201480073921
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2014年11月19日
【发明人】W.格拉森斯, B.埃尔德雷奇
【申请人】伍德沃德有限公司