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

背景技術(shù)：

1、近年來(lái)，隨著對(duì)清潔能源和高效能源利用的重視，混合動(dòng)力技術(shù)在汽車(chē)和發(fā)電行業(yè)等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用?；旌蟿?dòng)力技術(shù)的發(fā)展促進(jìn)了燃機(jī)控制系統(tǒng)的創(chuàng)新與進(jìn)步，特別是對(duì)于兆瓦級(jí)混氫燃機(jī)控制系統(tǒng)的研究和開(kāi)發(fā)，具有重要意義。

2、傳統(tǒng)的燃機(jī)控制系統(tǒng)主要針對(duì)單一燃料（天然氣）類(lèi)型進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，參數(shù)設(shè)計(jì)多為固定值，缺乏動(dòng)態(tài)調(diào)整機(jī)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(duì)混合燃料的全面考慮和適配能力。此外，傳統(tǒng)的點(diǎn)火控制系統(tǒng)、噴油控制系統(tǒng)和排放監(jiān)測(cè)系統(tǒng)還存在數(shù)據(jù)反饋不及時(shí)和精準(zhǔn)度不夠等不足。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

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

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

3、為解決上述技術(shù)問(wèn)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(jí)混氫燃機(jī)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(cè)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(diǎn)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(cè)及控制模塊；

5、所述燃料組分檢測(cè)及調(diào)節(jié)模塊用于實(shí)時(shí)檢測(cè)混合燃料的組分和熱值，根據(jù)檢測(cè)結(jié)果，通過(guò)控制閥門(mén)動(dòng)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(jìn)氣道內(nèi)設(shè)置的混合室，通過(guò)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(diǎn)火控制模塊用于集成傳感器信號(hào)并分析，自主優(yōu)化點(diǎn)火時(shí)序，并將優(yōu)化的點(diǎn)火時(shí)序指令發(fā)送至點(diǎn)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(shí)時(shí)跟蹤活塞運(yùn)動(dòng)位置，根據(jù)活塞位移，控制各個(gè)噴油嘴的噴油時(shí)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(shí)時(shí)壓力波形信號(hào)，評(píng)估當(dāng)前燃燒狀態(tài)，并對(duì)點(diǎn)火時(shí)序和供油量進(jìn)行調(diào)整；所述排放監(jiān)測(cè)及控制模塊用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)排放物濃度，當(dāng)排放超標(biāo)時(shí)，將優(yōu)化燃燒參數(shù)的控制指令進(jìn)行下發(fā)；所述燃料組分檢測(cè)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(jìn)一步的，所述燃料組分檢測(cè)及調(diào)節(jié)模塊通過(guò)設(shè)置的分析儀測(cè)量燃料組分百分比，根據(jù)氣體組分及各組分的熱值，計(jì)算得出混合燃料的總熱值，并將檢測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸給排放監(jiān)測(cè)及控制模塊；智能控制單元根據(jù)檢測(cè)到的燃料組分及設(shè)定的燃料組分目標(biāo)值，計(jì)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(mén)發(fā)出相應(yīng)的開(kāi)度調(diào)節(jié)指令，動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)各氣體流量。

8、進(jìn)一步的，所述所需的流量比例的計(jì)算過(guò)程如下：

9、?；

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

11、進(jìn)一步的，所述活塞位移跟蹤噴射控制模塊的具體控制過(guò)程如下：

12、1）通過(guò)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(shí)時(shí)計(jì)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(gè)噴嘴的噴射時(shí)序，形成最佳噴射計(jì)時(shí)曲線；

14、3）為每個(gè)噴油嘴單獨(dú)配置pwm驅(qū)動(dòng)電路，根據(jù)計(jì)算的理想噴射時(shí)序，發(fā)出噴嘴開(kāi)閉控制脈沖，每個(gè)噴嘴均能實(shí)現(xiàn)獨(dú)立計(jì)時(shí)和持續(xù)時(shí)間控制。

15、進(jìn)一步的，所述優(yōu)化每個(gè)噴嘴的噴射時(shí)序的過(guò)程如下：

16、已知活塞位移s，計(jì)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(guò)缸內(nèi)壓力傳感器，獲取當(dāng)前壓力；根據(jù)火花點(diǎn)火理論燃燒模型，計(jì)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(jì)算各分段期望熱值，將總供油量按對(duì)應(yīng)熱值比例分配至各噴嘴。

20、進(jìn)一步的，所述火花點(diǎn)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(duì)應(yīng)?dqr/dθ開(kāi)始持續(xù)上升；燃燒結(jié)束角θend對(duì)應(yīng)dqr/dθ下降至零；

23、所述根據(jù)火花點(diǎn)火理論燃燒模型，計(jì)算熱釋放率曲線的過(guò)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(jìn)一步的，所述缸內(nèi)壓力反饋控制模塊具體的控制過(guò)程如下：

30、1）對(duì)單個(gè)工作循環(huán)的壓力波形進(jìn)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(píng)估當(dāng)前指標(biāo)；

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

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

34、s1、通過(guò)燃料管理單元中的燃料組分檢測(cè)及調(diào)節(jié)模塊，檢測(cè)燃料組分并進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整；

35、s2、通過(guò)智能控制單元中的智能點(diǎn)火控制模塊，優(yōu)化點(diǎn)火時(shí)序；

36、s3、通過(guò)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(shí)時(shí)跟蹤活塞運(yùn)動(dòng)，基于活塞位移動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)各個(gè)噴射時(shí)刻和噴射量；

37、s4、通過(guò)智能控制單元中的缸內(nèi)壓力反饋控制模塊，實(shí)時(shí)獲取缸內(nèi)壓力信號(hào)，分析壓力波形，反饋調(diào)整點(diǎn)火時(shí)序和供油量；

38、s5、通過(guò)燃料管理單元中的氫氣預(yù)混合控制模塊，在進(jìn)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(guò)智能控制單元中的排放監(jiān)測(cè)及控制模塊，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)排氣中的污染物，基于監(jiān)測(cè)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(jì)算機(jī)設(shè)備，包括存儲(chǔ)器和處理器，所述存儲(chǔ)器存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序，其中：所述計(jì)算機(jī)程序被處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)如本發(fā)明第一方面所述的兆瓦級(jí)混氫燃機(jī)控制系統(tǒng)的任一步驟。

41、本發(fā)明提供了一種計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，其上存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序，其中：所述計(jì)算機(jī)程序被處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)如本發(fā)明第一方面所述的兆瓦級(jí)混氫燃機(jī)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(guò)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(dòng)機(jī)的整體性能和環(huán)保指標(biāo)；利用位移傳感器實(shí)時(shí)跟蹤活塞運(yùn)動(dòng)位置，根據(jù)活塞位移精確控制各個(gè)噴油嘴的噴油時(shí)序和噴射量，實(shí)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(shí)現(xiàn)了對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的全面監(jiān)測(cè)和控制，提高了燃燒效率和功率輸出，同時(shí)降低了排放物的排放水平，達(dá)到了節(jié)能環(huán)保的目的。

技術(shù)特征：

1.一種兆瓦級(jí)混氫燃機(jī)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(cè)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(diǎn)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(cè)及控制模塊；

2.如權(quán)利要求1所述的一種兆瓦級(jí)混氫燃機(jī)控制系統(tǒng)，其特征在于：所述燃料組分檢測(cè)及調(diào)節(jié)模塊通過(guò)設(shè)置的分析儀測(cè)量燃料組分百分比，根據(jù)氣體組分及各組分的熱值，計(jì)算得出混合燃料的總熱值，并將檢測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸給排放監(jiān)測(cè)及控制模塊；智能控制單元根據(jù)檢測(cè)到的燃料組分及設(shè)定的燃料組分目標(biāo)值，計(jì)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(mén)發(fā)出相應(yīng)的開(kāi)度調(diào)節(jié)指令，動(dòng)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(jí)混氫燃機(jī)控制系統(tǒng)，其特征在于：所述所需的流量比例的計(jì)算公式如下：

4.如權(quán)利要求3所述的一種兆瓦級(jí)混氫燃機(jī)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(guò)程如下：

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

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

7.如權(quán)利要求6所述的一種兆瓦級(jí)混氫燃機(jī)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(guò)程如下：

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

9.一種計(jì)算機(jī)設(shè)備，包括存儲(chǔ)器和處理器，所述存儲(chǔ)器存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序，其特征在于：所述處理器執(zhí)行所述計(jì)算機(jī)程序時(shí)實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1~7任一所述的兆瓦級(jí)混氫燃機(jī)控制系統(tǒng)的步驟。

10.一種計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，其上存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序，其特征在于：所述計(jì)算機(jī)程序被處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1~7任一所述的兆瓦級(jí)混氫燃機(jī)控制系統(tǒng)的步驟。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開(kāi)了一種兆瓦級(jí)混氫燃機(jī)控制系統(tǒng)及控制方法，涉及氫燃機(jī)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(cè)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(diǎn)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(cè)及控制模塊。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的全面監(jiān)測(cè)和控制，提高了燃燒效率和功率輸出，同時(shí)降低了排放物的排放水平，達(dá)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(hù)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