[發明專利]一種天然氣加臭控制系統及其控制方法

在審

• 申請號: 202111136077.8
• 申請日: 2021-09-27
• 公開（公告）號: CN113759726A
• 公開（公告）日: 2021-12-07
• 發明（設計）人: 葛亮;張樂;肖小汀;方鑫;韋國暉;劉娟;胡澤;羅明;馬樂
• 申請（專利權）人: 西南石油大學
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04;F17D3/12;G06F30/20;G06F119/08;G06F119/14
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產權代理有限公司 11246
• 代理人: 許富強

本發明公開一種天然氣加臭控制系統及其控制方法，其系統包括加臭裝置單元、檢測單元、電源動力單元、MPC控制單元和上位機，其控制方法采用MPC優化控制，包括預測系統未來動態、滾動優化、優化控制量和反饋校正；本發明在天然氣管道內設有鼓風恒溫裝置，并利用鼓風恒溫裝置使管道內部停留較久的THT和燃氣再次充分混合，從而減小系統預測值誤差，提出模型預測控制算法的控制策略，并對加臭控制系統進行跟蹤性能和抗干擾性能測試，提高了THT與天然氣混合的均勻程度和抗干擾性，還改善了系統的魯棒性，其總體性能優于基于PID和LQR算法的控制系統，且優化后的MPC算法在加臭控制系統下優于傳統的MPC算法。

技術領域

本發明涉及天然氣加臭劑濃度控制技術領域，尤其涉及一種天然氣加臭控制系統及其控制方法。

背景技術

燃氣加臭是一個頻繁變化的過程，實現加臭劑濃度在瞬態條件下的實時控制優化是一個極具挑戰性的問題，目前我國城市燃氣存在著燃氣用戶終端的THT濃度不穩定和未達標的問題，確保燃氣用戶終端的加臭劑濃度在國家標準范圍內，對保護燃氣使用者和燃氣企業具有重要的意義，傳統加臭裝置噴頭裝置采用單模式單注入口，且傳統的加臭控制裝置并未考慮用氣低峰期時原本均勻混合的THT和燃氣會分離的情況；

目前，大部分加臭控制采用PID控制算法，PID控制算法是根據控制對象輸出反饋來進行校正的控制方式，它是在測量出實際與計劃發生偏差時，按定額或標準來進行糾正的，常用的經典控制算法PID雖然響應速度快，不需要加臭控制模型，但是加臭過程中環境復雜、輸送管道過長，控制模型具有非線性、大慣性和滯后性等特點，PID很難滿足條件，還有一種LQR算法雖然能夠對過程進行控制，但是需要精確的系統模型，在管道內隨著時間的變化，管道內的溫度壓強等影響因素都會影響該模型，模型參數隨時微變，很難保證模型的準確度，因此，本發明提出一種天然氣加臭控制系統及其控制方法以解決現有技術中存在的問題。

發明內容

針對上述問題，本發明的目的在于提出一種天然氣加臭控制系統及其控制方法，該控制方法結合優化后的MPC算法控制，將加臭站的電磁泵注入THT值的量作為控制優化量，相比基于PID算法的控制響應時間短數十倍，系統的抗干擾性能更高，系統的魯棒性更好。

為了實現本發明的目的，本發明通過以下技術方案實現：一種天然氣加臭控制系統，包括加臭裝置單元、檢測單元、電源動力單元、MPC控制單元和上位機，所述加臭裝置單元包括單片機控制器、計量泵、閥門和儲罐，所述上位機向單片機控制器發送控制量數據和相關指令，所述單片機控制器接收控制量數據和相關指令，后分別向閥門和計量泵發送控制開關指令和頻率脈沖指令，閥門打開后，儲罐中的THT流入計量泵的輸入口，計量泵的輸出口連接有天然氣管道，計量泵根據脈沖頻率向天然氣管道內注入THT，天然氣管道內設有鼓風恒溫裝置；

所述檢測單元包括天然氣流量計和THT在線檢測儀,所述天然氣流量計用于測量燃氣出口處的天然氣流量，所述THT在線檢測儀用于測量燃氣用戶終端THT濃度值，當檢測單元完成數據采集后，將數據打包反饋給上位機；

所述MPC控制單元結合上位機發送的數據進行新一輪的THT輸入量預測，并根據新的參考軌跡和預測模型進行滾動優化，將滾動優化的最優解進行再優化后再將預測的THT輸入控制量反饋給上位機。

進一步的，所述加臭裝置單元還包括加臭裝置，所述加臭裝置包括計量泵(1)、汽化器(2)、注液主管(3)、磁液位計(4)和噴頭機構(5)，所述汽化器(2)設于計量泵(1)頂端，所述汽化器(2)通過注液主管(3)與噴頭機構(5)連接，所述磁液位計(4)安裝于注液主管(3)上，所述噴頭機構(5)包括小噴頭(501)、中噴頭(502)、大噴頭(503)和注液分管(504)，所述小噴頭(501)、中噴頭(502)和大噴頭(503)通過注液分管(504)與注液主管(3)連接。

進一步的，所述電源動力單元給整個系統供電，根據不同設備的性能指標和額定功率分別進行供電。

一種天然氣加臭控制系統的控制方法，包括以下步驟：