[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

本發明公開了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，該方法首先基于機理模型建立控制方程，基于控制方程建立對應的模塊化模型，將單獨的模塊化模型整合后建立出整個系統的并網模型，通過對并網模型仿真模擬后獲得最優策略，基于最優策略對各個閥門進行控制，共同對供氣設備進行供氣，該控制方法先進，基于壓縮機并網系統的機理模型動態仿真，對控制策略進行迭代優化，形成最佳控制策略，有創新性。該方法根據實際工況的供氣需求和邊界條件迭代獲得最優控制策略；計算機軟件通過Modbus協議實現對各調節閥的控制，完成壓縮機組并網聯合供氣。

技術領域

本發明屬于壓縮機組并網聯合供氣設備技術領域，涉及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。

背景技術

壓縮機組供氣設備廣泛應用于能源化工、油氣儲運、航空航天領域，是重要的動力設備，供氣系統主要有多臺大小不同的空氣壓縮機、管道、閥門組成。供氣設備可以根據后續的用氣需求，控制開啟壓縮機組的個數，以及控制閥門的開度，得到所需的氣體參數。但對于不同的氣體參數要求時，現場需要控制不同的設備來滿足要求，這個過程相對復雜，因此可以直接根據后續氣體參數需求，得到一個對壓縮機、閥門的控制策略是相當重要的。

在供氣機組的動態特性研究中，動態建模是一種非常重要的研究手段。壓縮機、閥門等部件雖然有比較完善的理論體系和建模方法，但是當它們構成一個龐大的非線性熱力學系統時，部件之間的耦合會給系統的動態建模帶來很多問題。需要大量不同工況下的試驗數據來修改控制模塊的控制策略和參數，使控制模塊不斷接近系統的實際運行過程，從而實現對控制模塊的精確控制。大量的實驗帶來了研發成本和周期的顯著增加，而數值模擬技術作為研發的有效手段可以大大縮短研發周期，降低研發成本。因此，實驗與模擬相結合的方法已成為產業研發的主流。

國內外學者對壓縮機組供氣設備做了大量的研究，主要涉及到對離心壓縮機動態建模、閥門-管網的動態仿真方法、調節閥特性建模等，其中涉及到對整體供氣系統仿真建模的研究較少，國內更是缺少對于不同供氣需求的動態仿真平臺。

發明內容

本發明的目的在于克服上述現有技術的缺點，提供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，以解決現有技術中缺少對整個供氣系統仿真建模研究的問題。

為達到上述目的，本發明采用以下技術方案予以實現：

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，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，所有的單壓縮機組下游共同連接有供氣設備，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供氣。