一种天然气掺氢控制方法、装置、设备及介质与流程

本发明涉及天然气掺氢，具体涉及一种天然气掺氢控制方法、装置、设备及介质。

背景技术：

1、本节中的陈述仅提供与本公开相关的背景信息，并且可能不构成现有技术。

2、随着清洁能源的大力推广，将氢气按照一定比例掺混至天然气管网中进行输送和利用，已成为当前能源领域的重要发展方向。现有的天然气掺氢控制方法主要依赖流量计与调节阀的简单组合实现随动流量控制，或借助plc系统采集压力与流量进行粗略的前馈控制。

3、然而，现有的掺混装置在应用于用气范围宽、峰谷差大（如城市燃气管网）的场景时，适应性较差，存在以下严重缺点：

4、1、常用的随动流量控制方式在小流量测量时精度较差，无法满足高精度的掺氢比例控制需求；

5、2、系统未能充分考虑在线分析仪的延时特性与测量滞后问题。在线分析仪往往存在10秒以上的测量延迟，如果在动态波动工况下直接采信滞后的分析结果进行反馈调节，极易导致控制系统发生震荡，无法保障最终的混合精度；

6、3、现有的控制系统多依赖单一的传感器（要么只靠流量计，要么只靠分析仪），无法有效消除不同工况下因传感器固有精度误差引起的掺氢比例偏差，缺乏系统的自学习与偏差记忆补偿能力。

技术实现思路

1、本发明的目的在于：针对目前现有技术在天然气掺氢控制中因用气量波动大、流量计低流量测量偏差大以及在线分析仪测量滞后导致混合精度和控制稳定性不足的问题，提供了一种天然气掺氢控制方法、装置、设备及介质，其采用前置压控稳态结合随动流控、延时稳态条件监控、二维表存储补偿以及多传感器联合误差数据融合的综合控制策略，实现了大范围宽幅用气工况下的快速响应控制，并有效剔除了传感器延时与测量误差带来的干扰，实现了天然气掺氢比例的极高精度稳定控制。

2、本发明的技术方案如下：

3、一种天然气掺氢控制方法，应用于天然气掺氢控制系统，所述天然气掺氢控制系统包括天然气管路、氢气管路以及两者混合后的总管路，所述天然气管路上设有天然气流量计和天然气调节阀，所述氢气管路上设有氢气流量计和氢气调节阀，所述总管路上设有压力传感器和用于分析氢气浓度的在线分析仪；所述控制方法包括以下步骤：

4、通过所述压力传感器获取所述总管路上的实际压力值，将所述实际压力值与目标压力值进行对比，并通过pid计算控制所述天然气调节阀的开度，使所述总管路内的压力稳定在固定值；

5、获取所述天然气流量计测量的天然气流量，将所述天然气流量乘以流量比例作为所述氢气管路的目标流量，通过pid计算控制所述氢气调节阀的开度，使所述氢气流量计测量的实际氢气流量跟随所述目标流量；其中，初始状态下的所述流量比例等于设定的掺氢比例；

6、监控所述天然气掺氢控制系统是否满足预设的稳定取值条件；所述稳定取值条件为：所述氢气调节阀的开度波动幅度小于第一设定阈值，所述实际氢气流量的波动幅度小于第二设定阈值，所述在线分析仪的测量波动幅度小于第三设定阈值，且上述波动幅度满足条件的持续时间大于所述在线分析仪测量滞后时间的设定倍数；

7、当满足所述稳定取值条件时，获取所述在线分析仪测量的实际掺氢比例，并根据所述实际掺氢比例对所述流量比例进行修正计算，得到修正后的流量比例。

8、进一步地，所述方法还包括建立用于存储和查询修正数据的二维表格：

9、所述二维表格以天然气和氢气混合后的流量以及掺氢比例作为两个维度的坐标轴，并将坐标系划分为若干个存储单元，每个所述存储单元内记录有对应工况下的流量比例修正值。

10、进一步地，在控制所述氢气调节阀的开度，使所述实际氢气流量跟随所述目标流量的过程中：

11、若监控到所述天然气掺氢控制系统未满足所述稳定取值条件，则根据当前的天然气和氢气混合后的流量和设定的掺氢比例查询所述二维表格，获取对应的流量比例修正值作为当前的所述流量比例；

12、若监控到所述天然气掺氢控制系统满足所述稳定取值条件，则执行获取所述实际掺氢比例并进行修正计算的步骤，利用计算得到的所述修正后的流量比例对所述二维表格中对应存储单元内的数值进行更新。

13、进一步地，根据所述实际掺氢比例对所述流量比例进行修正计算，得到修正后的流量比例，包括以下数据融合步骤：

14、获取当前的所述流量比例作为第一比例值，以及获取所述在线分析仪测量的所述实际掺氢比例作为第二比例值；

15、根据所述天然气流量计的精度特性曲线获取当前流量下的第一测量标准差，并根据所述在线分析仪的精度特性曲线获取当前的第二测量标准差；

16、基于所述第一测量标准差和所述第二测量标准差计算所述在线分析仪的测量权重；

17、根据所述第一比例值、所述第二比例值以及所述测量权重进行联合修正计算，得到融合值，以所述融合值作为所述修正后的流量比例。

18、进一步地，所述测量权重以及所述融合值的计算公式分别为：

19、

20、。

21、进一步地，在得到所述融合值后，所述方法还包括对计算结果的标准差进行校验更新的步骤：

22、计算所述融合值的标准差，其计算公式为：

23、

24、引入预设的系统过程误差，计算得到最终修正值的标准差，其计算公式为：

25、

26、并将所述最终修正值的标准差与所述融合值同步进行存储更新。

27、进一步地，所述稳定取值条件中的各项参数设定如下：

28、所述第一设定阈值为0.5%，所述第二设定阈值为0.3%，所述第三设定阈值为0.5%；

29、所述在线分析仪的测量滞后时间为大于10秒，所述设定倍数为5倍。

30、本发明还提出了一种天然气掺氢控制装置，包含用于执行如上述天然气掺氢控制方法的各个虚拟功能模块，所述装置包括：

31、压力调节模块，用于通过所述压力传感器获取所述总管路上的实际压力值，将所述实际压力值与目标压力值进行对比，并通过pid计算控制所述天然气调节阀的开度，使所述总管路内的压力稳定在固定值；

32、流量跟随模块，用于获取所述天然气流量计测量的天然气流量，将所述天然气流量乘以流量比例作为所述氢气管路的目标流量，通过pid计算控制所述氢气调节阀的开度，使所述氢气流量计测量的实际氢气流量跟随所述目标流量；

33、状态监控模块，用于监控所述天然气掺氢控制系统是否满足预设的稳定取值条件；

34、修正计算模块，用于当满足所述稳定取值条件时，获取所述在线分析仪测量的实际掺氢比例，并根据所述实际掺氢比例对所述流量比例进行修正计算，得到修正后的流量比例。

35、本发明还提出了一种电子设备，包括：

36、至少一个处理器；以及与所述至少一个处理器通信连接的存储器；

37、其中，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述至少一个处理器通过执行所述存储器存储的指令，使得所述至少一个处理器执行如上述的方法。

38、本发明还提出了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质用于存储指令，当所述指令被执行时，使如上述的方法被实现。

39、与现有的技术相比本发明的有益效果是：

40、1、稳压流控结合，兼顾快速响应与控制精度：本发明打破了传统直接控流的思路，优先通过天然气管路调节阀稳定混合总管路压力，为氢气阀门提供不受压力波动干扰的稳定流通环境，随后通过天然气流量按比例主导氢气调节阀的pid随动控制，既保证了系统在大负荷变化下的极速响应，又夯实了物理调节精度。

41、2、创新稳态取值策略，彻底消除分析仪滞后干扰：本发明针对在线分析仪的延时特性，设定了严苛的“稳定取值条件”（要求阀门开度、流量、分析仪测量的波动均小于微小阈值，且持续时间大于滞后时间的5倍）。该策略彻底规避了在动态过渡期采信滞后数据导致的系统误调与震荡，保障了修正数据的绝对可靠。

42、3、多传感器动态数据融合，全量程消除测量误差：本方案未盲目采信单一传感器，而是基于概率论，结合天然气流量计与在线分析仪各自的精度特性曲线，计算动态测量权重。在流量计误差较大（如低流量）时自动增加分析仪权重，通过联合修正计算得到融合值，完美弥补了各仪表在不同量程下的物理短板。

43、4、偏差记忆与自适应迭代：本方案构建了以混合流量和掺氢比例为维度的二维表格，非稳态时系统可极速查询历史修正值进行精准前馈补偿，稳态时则将新的融合结果与标准差回写更新。使控制系统具备了强悍的自学习能力，越运行越精准，极大地提升了系统的智能化与自动化水平。