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、設備及儲存介質(zhì)。

背景技術：

1、近年來，隨著對清潔能源和高效能源利用的重視，混合動力技術在汽車和發(fā)電行業(yè)等領域得到了廣泛應用?；旌蟿恿夹g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)化設計，參數(shù)設計多為固定值，缺乏動態(tài)調(diào)整機制，難以適應不同成分和性質(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)反饋不及時和精準度不夠等不足。

技術實現(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、設備及儲存介質(zhì)。

3、為解決上述技術問題，本發(fā)明提供如下技術方案：

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；所述氫氣預混合控制模塊基于在進氣道內(nèi)設置的混合室，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，當排放超標時，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定的燃料組分目標值，計算出所需的流量比例，向設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為當前體積；燃燒起始角θ0對應?dqr/dθ開始持續(xù)上升；燃燒結束角θend對應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，為適當提前角度；使單噴嘴噴射結束角度臨近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，評估當前指標；

32、3）若評估結果與預期的燃燒狀態(tài)相符，則認為點火時序合理；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混合控制模塊，在進氣道預先混合適量氫氣和空氣，優(yōu)化預混合比例；

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；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定的燃料組分目標值，計算出所需的流量比例，向設置在天然氣和氫氣的供氣管路上的流量控制閥門發(fā)出相應的開度調(diào)節(jié)指令，動態(tài)調(diào)節(jié)各氣體流量。

3.如權利要求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。

技術總結
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領域，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
受保護的技術使用者：浙江浙能技術研究院有限公司
技術研發(fā)日：
技術公布日：2024/10/21