用于控制LNG生产线（train）中的可再生能源使用的动力设施的制作方法

本公开涉及一种动力设施，该动力设施操作用于在液化天然气(lng)设施中最大化可再生能源来源的使用以提高效率、降低总维护成本以及减少引入到大气中的污染。

背景技术：

1、众所周知，天然气是目前市场上可获得的最重要的能源之一。据估计，大约30％的世界能源需求直接或间接由天然气满足。

2、通常，天然气以气体形式通过管道输送。然而，在过去的二十年中，液化天然气(lng)设施在能源市场中变得更加重要。预计lng在世界向更清洁(绿色)能源来源的转变中发挥非常重要的作用。这是其受到中央政府和若干公共和私人团体强烈支持的原因。

3、lng是液体形式的天然气。为了液化天然气，其温度必须降低到大约-160℃的低温温度。作为液体，天然气在开采时占其体积的一小部分(其在大气压下占天然气体积的约1/600)，因此其运输和储存成本低得多且实用。lng还更容易长距离运输。在这一点上，认为天然气通常在无法进行管道运输的地理区域开采。

4、为了冷却天然气，必须驱动若干压缩机。众所周知，压缩机是一种由燃气轮机驱动的机器，用于作用于制冷机气体以升高流体的压头。存在几种不同的压缩机可用，诸如离心式压缩机、往复式压缩机等。通常，离心压缩机阵列被驱动。

5、lng设施的离心式压缩机阵列通常由至少一个燃气轮机驱动。近年来，即使由于日益增长的能量需求，除了燃气轮机之外，还增加了在燃气轮机的同一轴上操作的电动马达/发电机。燃气轮机和电动马达/发电机的组合也被称为混合燃气轮机系统或混合燃气轮机传动系或混合动力传动系。

6、通常用于lng设施中的动力传动系(包括混合动力传动系)的问题之一是它们排放污染物，特别是由于燃气轮机的操作。特别地，该问题已经通过混合动力传动系克服，因为电动马达/发电机能够从其所连接的主管道吸收能量或者将由燃气轮机产生的任何过量能量引入到主管道中，以便降低每瓦特产生的污染物的比例。

7、事实上，电动马达/发电机也被称为电可逆机，因为它们也可以作为发电机操作。电动马达/发电机由被称为变频驱动器(vfd)的装置控制，即被设计成在任何不同的操作条件下驱动电动马达/发电机同时驱动机械负载(压缩机或燃气轮机，例如用于启动压缩机或燃气轮机)以最大化功率传递的装置。

8、燃气轮机和电动马达/发电机之间的协同作用已经在过去几年被利用，以减少释放到大气中的污染物。

9、存在例如通过监测和调节操作变量来控制安装在lng设施中的混合动力传动系的可用系统。这些系统能够监测系统性能随时间的总体劣化。然而，并非混合动力传动系的所有部件劣化相同程度。可用的监测和控制系统不能控制混合动力传动系以便最大化组成它们的部件的持续时间。

10、因此，能够减少污染并且减少维护成本(并且因此减少capex)的改进的混合动力传动系将受到该技术的欢迎。

技术实现思路

1、本文所公开的主题是一种动力设施，该动力设施通过用于控制混合动力传动系的方法来操作，该混合动力传动系例如但不一定安装在lng设施中，或者也安装在其他种类的设施中，同时驱动诸如压缩机、泵或任何其他机器等负载。该动力设施使用从混合动力传动系的设备和部件接收的一个或多个控制信号，以允许控制燃气轮机的燃料供应和由电动马达/发电机产生或转换的功率，以最大化待产生的功率，最大化燃气轮机的寿命，并且最小化污染物排放。

2、所公开的主题在一些实施方案中涉及一种单轴单元，该单轴单元刚性地连接到电动马达/发电机并且特别地旨在用于lng生产或类似的高能量密集型过程，能够使用信息和变量值。该动力设施的操作基于特定的基于事件的动作，涉及但不限于优化可用性和生产目标，诸如：燃气轮机诊断和基于物理的模型；干式低nox(dln干式低nox；它是dry，因为污染物的减少是通过燃烧器本身实现的，而没有水或蒸汽的注入，因此存在wet消除)燃烧；电动/马达健康参数，诸如局部放电；变频装置健康参数、太阳能/风能农场健康参数，以预期燃气轮机功率管理。

3、此外，本文所公开的主题涉及一种混合动力传动系，其能够通过以下方式来减少污染：平衡从可再生资源获得的能量，平衡可再生资源的使用以及由燃气轮机产生的能量，当使用可再生能源来源时，最大化可再生和生产线的可靠性和可用性的rte(往返效率；其指的是对储能器充电并从储能器中取回能量并重新使用的过程的总体效率)。

4、所公开的解决方案旨在当使用可再生能源时使包括混合动力传动系的高能量密集型过程(诸如lng设施)的可靠性最大化，以便使其能够从可再生能源获取尽可能多的功率，同时优化lng生产。将可再生能源生产设施直接用于lng生产优化了可再生能源和涡轮机排放的污染物(co2、nox)的使用。

5、在一个方面，本文所公开的主题涉及一种动力设施，该动力设施通过控制由用于驱动负载的混合动力传动系吸收的可再生能源的方法来操作。混合动力传动系包括作为设备的燃气轮机和电动马达/发电机，后者连接到发电设施和可再生能源。动力设施操作所依赖的方法提供了在应用第一条件语句之前检测每个设备的输入参数以确定组合隶属函数的步骤。组合隶属函数可以具有两个或更多个资格状态作为输出，以检查设备是否正确地操作。如果设备正确地操作，则将第二条件语句应用于可再生能源来源(诸如光伏设施、风力发电设施、集中式太阳能发电系统等)，以便确定其隶属函数。可再生能源的隶属函数具有两个或更多个资格状态作为输出，使得如果后者未正确地操作，则执行对发电设施的第三条件语句，以检查后者是否正确地操作。如果是正确地操作，则执行对燃气轮机与电动马达/发电机之间的负载分配的改变。

6、如果可再生能源来源以正确的方式操作，则根据目标函数确定由燃气轮机产生的功率和由可再生能源来源吸收的能量；否则，如果所检查的设备未正确地操作，则执行燃气轮机与电动马达/发电机之间的负载分配。

7、在另一个方面，本文公开的主题涉及该设备包括变量检测装置，该变量检测装置连接到电动马达/发电机，并且连接到发电设施和可再生能源来源。在检测步骤中，所检测的初始条件是电动马达/发电机和可变检测装置的初始条件。而且，第一条件语句包括以下子步骤：将参数隶属函数与电动马达/发电机的每个输入参数相关联；通过真实表格来将电动马达/发电机的参数隶属函数进行组合以获得健康指数，并且然后获得设备隶属函数；将参数隶属函数与变频装置的每个输入参数相关联；通过真实表格来将变频装置的参数隶属函数进行组合以获得健康指数，并且然后获得设备隶属函数。最后，将每个设备的隶属函数进行组合，以获得具有两个或更多个资格状态作为输出的组合隶属函数。

8、在另一方面，本文中所公开的是组合隶属函数可采取第一资格状态、第二资格状态和第三资格状态。如果组合隶属函数采取第一资格状态(糟糕)，则燃气轮机负载增加并且电动马达/发电机断开。如果组合隶属函数采取第二资格状态(中等)，则燃气轮机与电动马达/发电机之间的负载分配被改变。如果组合隶属函数采取第三资格状态(良好)，则对可再生能源应用第二条件语句。

9、本公开的另一个方面涉及最小化燃气轮机的使用的目标函数，使得燃气轮机负载保持高于燃烧器转移阈值pmxload，加上负载裕度δload，以处理潜在的负载瞬变。

10、在另一个方面，本文所公开的是输入参数是模拟或数字电信号。

11、在本公开的一个方面中，动力设施包括混合动力传动系，该混合动力传动系具有：贯穿轴；燃气轮机，该燃气轮机机械地连接到该轴；电动马达/发电机，该电动马达/发电机机械地连接到该轴；和变频装置，该变频装置连接到电动马达/发电机，并且连接到发电设施和可再生能源来源。变频装置可操作以允许电动马达/发电机转换来自发电设施和可再生能源的能量以驱动负载或帮助燃气轮机的操作。动力设施还包括负载，该负载机械地连接到轴和设施控制单元以控制混合动力传动系，从而通过最大化电动马达/发电机的驱动负载来最大化来自可再生能源来源的所使用的能量。

12、在本公开的一个方面，负载包括用于制冷天然气的一个或多个离心式压缩机。