[發明專利]一種基于動態仿真與智能控制策略的壓縮機組并網聯合供氣方法、裝置和系統

在審

• 申請號: 202210994507.8
• 申請日: 2022-08-18
• 公開（公告）號: CN115167151A
• 公開（公告）日: 2022-10-11
• 發明（設計）人: 陳雪江;蘇陽;閆明順;夏千;宮武旗;周延
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 錢宇婧

1.一種基于動態仿真與智能控制策略的壓縮機組并網聯合供氣方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1，建立壓縮機管網系統的機理模型，所述機理模型包括質量守恒方程、動量守恒方程和能量守恒方程；所述壓縮機管網系統由多個單壓縮機組并聯組成，所有的單壓縮機組上游共同連接上游設備(1)，所有的單壓縮機組下游共同連接有供氣設備(7)，每一個單壓縮機組中設置有各自的管網、閥門、壓縮機；

步驟2，基于機理模型分別建立壓縮機的控制方程、管網的控制方程和閥門的控制方程，通過控制方程，分別建立壓縮機的模塊化模型、管網的模塊化模型和閥門的模塊化模型；

步驟3，基于壓縮機的模塊化模型、管網的模塊化模型和閥門的模塊化模型，在Simulink中對單壓縮機組建模；

將所有單壓縮機組模型進行并網建模，設定統一的上游邊界條件和下游邊界條件，建立出多壓縮機組并網模型；所述多壓縮機組并網模型的輸入參數為所有單壓縮機組供氣設備的總流量，輸出為單壓縮機組供氣設備的壓力和溫度；

步驟4，在多壓縮機組并網模型中輸入邊界條件，對多壓縮機組并網模型進行模擬仿真，根據不同的供氣工況，對所有單壓縮機組的閥門開度組合進行迭代優化，獲得最優控制策略；所述最優控制策略為壓縮機管網系統未出現劇烈的壓力波動，壓縮機未進入喘振狀態；

步驟5，基于最優控制策略，將控制各個閥門的開度指令轉換為各個閥門的動作指令，各個閥門根據動作指令執行操作，所有機組共同對供氣設備(7)供氣。

2.根據權利要求1所述的一種基于動態仿真與智能控制策略的壓縮機組并網聯合供氣方法，其特征在于，步驟2中，所述壓縮機的控制方程為：

管網的控制方程為：

閥門控制方程為：

其中，p，T，w,v為壓力、溫度和質量流量和流速；下標in和out代表進出口；h為比焓；Cp為工質比熱；V為管道容積；R為氣體常數；Ψ為壓縮機的性能曲線；N為轉速；L_c為等效通流長度；A₁為通流面積；D為管道直徑；C_f為閥門流阻特性函數；k為閥門通流面積系數。

3.根據權利要求1所述的一種基于動態仿真與智能控制策略的壓縮機組并網聯合供氣方法，其特征在于，步驟3中，單壓縮機組建模過程中，壓縮機的模塊化模型的輸入參數為上下游壓力，輸出參數為壓縮機流量；管網的模塊化模型的輸入參數進出口流量，輸出參數為管網壓力；閥門的模塊化模型的輸入參數為閥門開度和上下游壓力，輸出參數為閥門流量。

4.根據權利要求1所述的一種基于動態仿真與智能控制策略的壓縮機組并網聯合供氣方法，其特征在于，步驟3中，單壓縮機組建模過程中，閥門和壓縮機的輸入為上下游壓力，輸出為流量；管網的輸入為進出口流量，輸出為壓力；

閥門和壓縮機的輸入為管網的輸出，管網的輸入為閥門和壓縮機的輸出。

5.根據權利要求4所述的一種基于動態仿真與智能控制策略的壓縮機組并網聯合供氣方法，其特征在于，步驟3中，所述統一的上游邊界條件為所有單壓縮機組中上游設備(1)的邊界條件；所述下游邊界條件為所有單壓縮機組中排氣設備(6)。

6.根據權利要求1所述的一種基于動態仿真與智能控制策略的壓縮機組并網聯合供氣方法，其特征在于，步驟4中，所述多壓縮機組并網模型中，大氣溫度和壓力為邊界條件，壓縮機性能曲線和閥門特性曲線為關鍵參數，所有閥門的開度為輸入信號，輸出為各壓縮機進出口的壓力、溫度、流量和供氣設備(7)的壓力、溫度和流量。

7.根據權利要求1所述的一種基于動態仿真與智能控制策略的壓縮機組并網聯合供氣方法，其特征在于，步驟5中，通過ModBus協議將閥門開度指令轉換為閥門的動作指令。

8.根據權利要求1所述的一種基于動態仿真與智能控制策略的壓縮機組并網聯合供氣方法，其特征在于，步驟5中，閥門通過AD轉化器和繼電器執行操作。