本發(fā)明涉及氫燃機控制，特別是一種兆瓦級混氫燃機控制系統(tǒng)、控制方法、設(shè)備及儲存介質(zhì)。

背景技術(shù)：

1、近年來，隨著對清潔能源和高效能源利用的重視，混合動力技術(shù)在汽車和發(fā)電行業(yè)等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用?；旌蟿恿夹g(shù)的發(fā)展促進了燃機控制系統(tǒng)的創(chuàng)新與進步，特別是對于兆瓦級混氫燃機控制系統(tǒng)的研究和開發(fā)，具有重要意義。

2、傳統(tǒng)的燃機控制系統(tǒng)主要針對單一燃料（天然氣）類型進行優(yōu)化設(shè)計，參數(shù)設(shè)計多為固定值，缺乏動態(tài)調(diào)整機制，難以適應(yīng)不同成分和性質(zhì)的混合燃料（氫氣和天然氣）的管理和控制，缺乏對混合燃料的全面考慮和適配能力。此外，傳統(tǒng)的點火控制系統(tǒng)、噴油控制系統(tǒng)和排放監(jiān)測系統(tǒng)還存在數(shù)據(jù)反饋不及時和精準(zhǔn)度不夠等不足。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、鑒于上述傳統(tǒng)的燃機控制系統(tǒng)中存在的問題，提出了本發(fā)明。

2、因此，本發(fā)明所要解決的問題在于如何提供一種兆瓦級混氫燃機控制系統(tǒng)、控制方法、設(shè)備及儲存介質(zhì)。

3、為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

4、本發(fā)明提供了一種兆瓦級混氫燃機控制系統(tǒng)，包括燃料管理單元及智能控制單元；所述燃料管理單元包括燃料組分檢測及調(diào)節(jié)模塊和氫氣預(yù)混合控制模塊；所述智能控制單元包括智能點火控制模塊、活塞位移跟蹤噴射控制模塊、缸內(nèi)壓力反饋控制模塊以及排放監(jiān)測及控制模塊；

5、所述燃料組分檢測及調(diào)節(jié)模塊用于實時檢測混合燃料的組分和熱值，根據(jù)檢測結(jié)果，通過控制閥門動態(tài)調(diào)節(jié)天然氣和氫氣的流量比例，優(yōu)化燃料組分；所述氫氣預(yù)混合控制模塊基于在進氣道內(nèi)設(shè)置的混合室，通過控制混合室中氫氣的流量，調(diào)節(jié)并優(yōu)化預(yù)混合的空氣與氫氣比例；

6、所述智能點火控制模塊用于集成傳感器信號并分析，自主優(yōu)化點火時序，并將優(yōu)化的點火時序指令發(fā)送至點火系統(tǒng)執(zhí)行；所述活塞位移跟蹤噴射控制模塊基于設(shè)置的位移傳感器實時跟蹤活塞運動位置，根據(jù)活塞位移，控制各個噴油嘴的噴油時序和噴射量；所述缸內(nèi)壓力反饋控制模塊用于獲取并分析實時壓力波形信號，評估當(dāng)前燃燒狀態(tài)，并對點火時序和供油量進行調(diào)整；所述排放監(jiān)測及控制模塊用于實時監(jiān)測排放物濃度，當(dāng)排放超標(biāo)時，將優(yōu)化燃燒參數(shù)的控制指令進行下發(fā)；所述燃料組分檢測及調(diào)節(jié)模塊的輸出端連接氫氣預(yù)混合控制模塊的輸入端。

7、進一步的，所述燃料組分檢測及調(diào)節(jié)模塊通過設(shè)置的分析儀測量燃料組分百分比，根據(jù)氣體組分及各組分的熱值，計算得出混合燃料的總熱值，并將檢測數(shù)據(jù)實時傳輸給排放監(jiān)測及控制模塊；智能控制單元根據(jù)檢測到的燃料組分及設(shè)定的燃料組分目標(biāo)值，計算出所需的流量比例，向設(shè)置在天然氣和氫氣的供氣管路上的流量控制閥門發(fā)出相應(yīng)的開度調(diào)節(jié)指令，動態(tài)調(diào)節(jié)各氣體流量。

8、進一步的，所述所需的流量比例的計算過程如下：

9、?；

10、其中，f為非線性函數(shù)；為檢測到的燃料組分；為目標(biāo)燃料組分。

11、進一步的，所述活塞位移跟蹤噴射控制模塊的具體控制過程如下：

12、1）通過引入三次樣條插值方法建立位移值與曲柄角度的映射關(guān)系，并嵌入活塞位移跟蹤噴射控制模塊中，實時計算曲柄角度值；

13、2）根據(jù)曲柄角度，結(jié)合缸內(nèi)參數(shù)，優(yōu)化每個噴嘴的噴射時序，形成最佳噴射計時曲線；

14、3）為每個噴油嘴單獨配置pwm驅(qū)動電路，根據(jù)計算的理想噴射時序，發(fā)出噴嘴開閉控制脈沖，每個噴嘴均能實現(xiàn)獨立計時和持續(xù)時間控制。

15、進一步的，所述優(yōu)化每個噴嘴的噴射時序的過程如下：

16、已知活塞位移s，計算曲柄角度θ的公式如下：

17、；

18、其中，r?為曲柄半徑；λ為連桿比；

19、通過缸內(nèi)壓力傳感器，獲取當(dāng)前壓力；根據(jù)火花點火理論燃燒模型，計算熱釋放率曲線；根據(jù)單噴嘴噴射結(jié)束前的熱釋放曲線計算各分段期望熱值，將總供油量按對應(yīng)熱值比例分配至各噴嘴。

20、進一步的，所述火花點火理論燃燒模型為：

21、

22、其中，qr為已釋放熱量；γ為比熱比；v為當(dāng)前體積；燃燒起始角θ0對應(yīng)?dqr/dθ開始持續(xù)上升；燃燒結(jié)束角θend對應(yīng)dqr/dθ下降至零；

23、所述根據(jù)火花點火理論燃燒模型，計算熱釋放率曲線的過程如下：

24、使提前噴射角度早于θ0，公式如下：

25、；

26、其中，為適當(dāng)提前角度；使單噴嘴噴射結(jié)束角度臨近θend，公式如下：

27、?；

28、其中，為超噴角度。

29、進一步的，所述缸內(nèi)壓力反饋控制模塊具體的控制過程如下：

30、1）對單個工作循環(huán)的壓力波形進行分析，提取特征值；

31、2）構(gòu)建診斷模型，將提取的壓力波形特征輸入診斷模型，模型基于壓力特征，評估當(dāng)前指標(biāo)；

32、3）若評估結(jié)果與預(yù)期的燃燒狀態(tài)相符，則認(rèn)為點火時序合理；否則，需要調(diào)整點火時序以改善燃燒效果。

33、本發(fā)明為進一步解決傳統(tǒng)的燃機控制系統(tǒng)中存在的問題，提供了兆瓦級混氫燃機控制方法，其包括如下步驟：

34、s1、通過燃料管理單元中的燃料組分檢測及調(diào)節(jié)模塊，檢測燃料組分并進行動態(tài)調(diào)整；

35、s2、通過智能控制單元中的智能點火控制模塊，優(yōu)化點火時序；

36、s3、通過智能控制單元中的活塞位移跟蹤噴射控制模塊，利用位移傳感器實時跟蹤活塞運動，基于活塞位移動態(tài)調(diào)節(jié)各個噴射時刻和噴射量；

37、s4、通過智能控制單元中的缸內(nèi)壓力反饋控制模塊，實時獲取缸內(nèi)壓力信號，分析壓力波形，反饋調(diào)整點火時序和供油量；

38、s5、通過燃料管理單元中的氫氣預(yù)混合控制模塊，在進氣道預(yù)先混合適量氫氣和空氣，優(yōu)化預(yù)混合比例；

39、s6、通過智能控制單元中的排放監(jiān)測及控制模塊，實時監(jiān)測排氣中的污染物，基于監(jiān)測結(jié)果調(diào)整燃燒參數(shù)，降低排放。

40、本發(fā)明提供了一種計算機設(shè)備，包括存儲器和處理器，所述存儲器存儲有計算機程序，其中：所述計算機程序被處理器執(zhí)行時實現(xiàn)如本發(fā)明第一方面所述的兆瓦級混氫燃機控制系統(tǒng)的任一步驟。

41、本發(fā)明提供了一種計算機可讀存儲介質(zhì)，其上存儲有計算機程序，其中：所述計算機程序被處理器執(zhí)行時實現(xiàn)如本發(fā)明第一方面所述的兆瓦級混氫燃機控制系統(tǒng)的任一步驟。

42、本發(fā)明的有益效果為：

43、本發(fā)明通過優(yōu)化燃料組分，可以最大程度地利用氫氣等清潔能源，降低燃料成本和排放，提高發(fā)動機的整體性能和環(huán)保指標(biāo)；利用位移傳感器實時跟蹤活塞運動位置，根據(jù)活塞位移精確控制各個噴油嘴的噴油時序和噴射量，實現(xiàn)了噴油效率的最大化，提高了燃燒效率和功率輸出；本發(fā)明實現(xiàn)了對發(fā)動機運行狀態(tài)的全面監(jiān)測和控制，提高了燃燒效率和功率輸出，同時降低了排放物的排放水平，達到了節(jié)能環(huán)保的目的。

技術(shù)特征：

1.一種兆瓦級混氫燃機控制系統(tǒng)，其特征在于：包括燃料管理單元及智能控制單元；所述燃料管理單元包括燃料組分檢測及調(diào)節(jié)模塊和氫氣預(yù)混合控制模塊；所述智能控制單元包括智能點火控制模塊、活塞位移跟蹤噴射控制模塊、缸內(nèi)壓力反饋控制模塊以及排放監(jiān)測及控制模塊；

2.如權(quán)利要求1所述的一種兆瓦級混氫燃機控制系統(tǒng)，其特征在于：所述燃料組分檢測及調(diào)節(jié)模塊通過設(shè)置的分析儀測量燃料組分百分比，根據(jù)氣體組分及各組分的熱值，計算得出混合燃料的總熱值，并將檢測數(shù)據(jù)實時傳輸給排放監(jiān)測及控制模塊；智能控制單元根據(jù)檢測到的燃料組分及設(shè)定的燃料組分目標(biāo)值，計算出所需的流量比例，向設(shè)置在天然氣和氫氣的供氣管路上的流量控制閥門發(fā)出相應(yīng)的開度調(diào)節(jié)指令，動態(tài)調(diào)節(jié)各氣體流量。

3.如權(quán)利要求2所述的一種兆瓦級混氫燃機控制系統(tǒng)，其特征在于：所述所需的流量比例的計算公式如下：

4.如權(quán)利要求3所述的一種兆瓦級混氫燃機控制系統(tǒng)，其特征在于：所述活塞位移跟蹤噴射控制模塊的具體控制過程如下：

5.如權(quán)利要求4所述的一種兆瓦級混氫燃機控制系統(tǒng)，其特征在于：所述優(yōu)化每個噴嘴的噴射時序的過程如下：

6.如權(quán)利要求5所述的一種兆瓦級混氫燃機控制系統(tǒng)，其特征在于：所述火花點火理論燃燒模型為：

7.如權(quán)利要求6所述的一種兆瓦級混氫燃機控制系統(tǒng)，其特征在于：所述缸內(nèi)壓力反饋控制模塊具體的控制過程如下：

8.基于權(quán)利要求1~7任一所述的一種兆瓦級混氫燃機控制系統(tǒng)的兆瓦級混氫燃機控制方法，其特征在于：包括以下步驟：

9.一種計算機設(shè)備，包括存儲器和處理器，所述存儲器存儲有計算機程序，其特征在于：所述處理器執(zhí)行所述計算機程序時實現(xiàn)權(quán)利要求1~7任一所述的兆瓦級混氫燃機控制系統(tǒng)的步驟。

10.一種計算機可讀存儲介質(zhì)，其上存儲有計算機程序，其特征在于：所述計算機程序被處理器執(zhí)行時實現(xiàn)權(quán)利要求1~7任一所述的兆瓦級混氫燃機控制系統(tǒng)的步驟。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種兆瓦級混氫燃機控制系統(tǒng)及控制方法，涉及氫燃機控制技術(shù)領(lǐng)域，包括燃料管理單元及智能控制單元，燃料管理單元包括燃料組分檢測及調(diào)節(jié)模塊和氫氣預(yù)混合控制模塊；智能控制單元包括智能點火控制模塊，活塞位移跟蹤噴射控制模塊，缸內(nèi)壓力反饋控制模塊以及排放監(jiān)測及控制模塊。本發(fā)明實現(xiàn)了對發(fā)動機運行狀態(tài)的全面監(jiān)測和控制，提高了燃燒效率和功率輸出，同時降低了排放物的排放水平，達到了節(jié)能環(huán)保的目的。

技術(shù)研發(fā)人員：蔣月紅,沈建明,林俊光,黃凌浩,葉建君,趙申軼,徐拓,朱家豪
受保護的技術(shù)使用者：浙江浙能技術(shù)研究院有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/10/21