本發(fā)明涉及燃氣發(fā)電，具體為一種智能控制的燃氣發(fā)電機組及控制系統(tǒng)。

背景技術：

1、燃氣發(fā)電機組作為一種高效環(huán)保的發(fā)電設備，被廣泛應用于電力供應、應急備用電源和分布式能源系統(tǒng)中。與傳統(tǒng)的煤炭或柴油發(fā)電機組相比，燃氣發(fā)電機組在燃料利用效率、污染排放和響應速度等方面表現(xiàn)出顯著優(yōu)勢，尤其在減少二氧化碳、氮氧化物等有害氣體排放方面，因此逐漸成為一種重要的清潔能源發(fā)電方式。

2、燃氣發(fā)電機組控制系統(tǒng)在確保燃氣發(fā)電機組的高效和安全運行方面發(fā)揮著至關重要的作用，通過精準的監(jiān)測和調節(jié)技術，優(yōu)化燃料的輸入、燃燒過程和發(fā)電機的輸出功率?，F(xiàn)代燃氣發(fā)電機組的控制系統(tǒng)通常采用數(shù)字化、自動化的方式，可以實現(xiàn)對負載波動的快速響應、燃氣消耗的精確控制以及發(fā)電效率的最大化，從而提高機組的穩(wěn)定性和經濟性，同時減少不必要的能源浪費和排放。

3、目前，現(xiàn)有專利文獻對燃氣發(fā)電機組的智能控制中仍存在一些缺陷，如專利公開號為cn108825369b的中國專利將燃氣發(fā)電機組應用于分布式供能設備中，并根據(jù)用戶需求控制發(fā)電機運行，實現(xiàn)電-熱或者熱-電的相互轉化，提高了能源的利用率；此外，中國專利cn116122956b公開了一種檸檬酸廢水發(fā)電的壓力和空燃比調節(jié)系統(tǒng)及方法，根據(jù)沼氣流量波動造成的壓力值和濃度值變化來控制空燃比，確保燃氣發(fā)電機組能夠正常啟動和運行；以上現(xiàn)有技術均未考慮不同成分的可燃氣體輸入時燃氣發(fā)電機組的工作狀態(tài)，使得發(fā)電效率降低，導致能源浪費甚至造成發(fā)電機組硬件損壞。

4、為此，提出一種智能控制的燃氣發(fā)電機組及控制系統(tǒng)。

技術實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種智能控制的燃氣發(fā)電機組及控制系統(tǒng)，用于提高發(fā)電效率。為了解決現(xiàn)有技術中存在的問題，本發(fā)明提出了一種智能控制的燃氣發(fā)電機組，包括壓燃式內燃發(fā)動機、同步發(fā)電機、智能控制箱和若干傳感器；智能控制箱包括顯示屏、數(shù)據(jù)存儲器、中央處理器和機組調節(jié)器；中央處理器用于接收若干傳感器的采集數(shù)據(jù)，并處理得到壓燃式內燃發(fā)動機的各調整參數(shù)；機組調節(jié)器根據(jù)各調整參數(shù)調節(jié)發(fā)動機的輸入空氣流量、活塞運動狀態(tài)以及發(fā)動機和同步發(fā)電機轉速；同步發(fā)電機將發(fā)動機處得到的機械能轉換為電能輸出，提升了燃氣發(fā)電機組的運行效率和經濟性，減少排放，實現(xiàn)綠色環(huán)保發(fā)電。

2、一種智能控制的燃氣發(fā)電機組，包括壓燃式內燃發(fā)動機、同步發(fā)電機、智能控制箱和若干個傳感器；所述智能控制箱包括顯示屏、數(shù)據(jù)存儲器、中央處理器和機組調節(jié)器；

3、所述壓燃式內燃發(fā)動機通過混氣管道和混合器連接空氣進氣口和燃氣進氣口，通過機械聯(lián)軸器連接所述同步發(fā)電機；所述智能控制箱通過數(shù)據(jù)總線連接若干個所述傳感器、所述壓燃式內燃發(fā)動機和所述同步發(fā)電機；

4、所述中央處理器接收所述傳感器采集到進氣口的燃氣氣體成分占比、環(huán)境溫度和環(huán)境氣壓，根據(jù)用電量需求確定輸入的燃氣流量，并計算空燃摩爾比和實際空氣密度，得到最佳空氣流量；所述機組調節(jié)器根據(jù)所述最佳空氣流量，調節(jié)所述空氣進氣口的空氣進量；通過所述混合器將空氣和燃氣混合，并傳輸至氣缸內；

5、所述中央處理器通過氣缸內可燃氣體的所述氣體成分占比和自燃溫差，得到理想混合燃料壓縮比；所述機組調節(jié)器根據(jù)所述混合燃料壓縮比調節(jié)氣缸的活塞上止點；

6、所述中央處理器根據(jù)歷史燃氣發(fā)電組數(shù)據(jù)計算燃氣成本函數(shù)，得到最佳負載系數(shù)；所述機組調節(jié)器根據(jù)所述最佳負載系數(shù)調節(jié)所述壓燃式內燃發(fā)動機和所述同步發(fā)電機的轉速。

7、優(yōu)選地，所述壓燃式內燃發(fā)動機的進氣口設置有若干個傳感器，包括氣體傳感器、溫度傳感器和氣壓傳感器；所述壓燃式內燃發(fā)動機的排氣口設置有流量傳感器，用于測量氣缸排出的廢氣流量；所述排氣口與廢氣處理器連接，所述廢氣處理器用于處理發(fā)動機排放的廢氣，達標后排放。

8、優(yōu)選地，所述數(shù)據(jù)存儲器，用于存儲所述歷史燃氣發(fā)電組數(shù)據(jù)、所述傳感器的采集數(shù)據(jù)、所述壓燃式內燃發(fā)動機運行參數(shù)、所述同步發(fā)電機運行參數(shù)、燃氣發(fā)電機組控制程序和所述中央處理器傳輸?shù)恼{節(jié)數(shù)據(jù)；所述顯示屏，用于讀取和顯示所述數(shù)據(jù)存儲器內的采集參數(shù)、運行參數(shù)和調節(jié)參數(shù)；所述中央處理器通過實時監(jiān)控各項運行參數(shù)，發(fā)現(xiàn)異常情況并向顯示屏發(fā)出預警信號；所述顯示屏接收預警信號，發(fā)出警報并顯示異常信息。

9、優(yōu)選地，獲取所述最佳空氣流量、所述理想混合燃料壓縮比和所述最佳負載系數(shù)的實現(xiàn)過程包括：

10、所述中央處理器結合氣體成分的燃燒反應方程，計算所述空燃摩爾比；通過所述環(huán)境溫度和所述環(huán)境氣壓，確定所述實際空氣密度；通過所述空燃摩爾比和所述實際空氣密度，得到所述最佳空氣流量；獲取最佳空氣質量和燃氣單位分子質量，結合可燃氣體的所述氣體成分占比和自燃溫差，得到所述理想混合燃料壓縮比；

11、所述中央處理器根據(jù)所述歷史燃氣發(fā)電組數(shù)據(jù)構建負載-熱耗率關系模型和負載-廢氣排放關系模型，通過數(shù)據(jù)擬合得到負載-熱耗率函數(shù)和負載-廢氣排放函數(shù)，并生成燃氣成本函數(shù)；將燃氣流量、所述最佳空氣流量和所述氣體成分占比代入至所述燃氣成本函數(shù)，通過最小化所述燃氣成本函數(shù)，得到所述最佳負載系數(shù)；所述歷史燃氣發(fā)電組數(shù)據(jù)，包括歷史燃氣流量、歷史燃氣成分比例、歷史空氣流量、歷史負載系數(shù)、歷史發(fā)電時長和歷史廢氣排放量。

12、優(yōu)選地，所述中央處理器結合氣體成分的燃燒反應方程，計算空燃摩爾比的實現(xiàn)過程包括：

13、依據(jù)所述氣體成分占比和所述燃燒反應方程，獲取不同氣體成分的需氧量，并通過所述氣體成分占比，得到燃氣完全燃燒的需氧量；結合氧氣在空氣中的占比，得到所述空燃摩爾比，具體計算公式為：

14、；

15、其中，為所述空燃摩爾比；表示一摩爾第個氣體成分的需氧量；表示第個氣體成分的所述氣體成分占比；表示氧氣在空氣中的摩爾分數(shù)；表示在燃料中氣體成分的總個數(shù)。

16、優(yōu)選地，所述空氣流量調節(jié)模塊結合所述環(huán)境溫度、所述環(huán)境氣壓和所述空燃摩爾比，得到所述最佳空氣流量的具體實現(xiàn)過程：

17、根據(jù)所述環(huán)境溫度和所述環(huán)境氣壓，計算實際空氣密度；通過燃氣的所述氣體成分占比，獲取燃氣的單位分子質量；獲取輸入的燃氣流量，結合所述空燃摩爾比和所述實際空氣密度，得到所述最佳空氣流量，具體公式表示為：

18、；

19、；

20、其中，表示所述最佳空氣流量；表示最佳空氣質量；表示所述環(huán)境氣壓；表示所述環(huán)境溫度；表示單位氣體常數(shù)；表示所述空燃摩爾比；表示空氣的單位分子質量；表示燃氣單位分子質量；表示輸入的燃氣流量；表示燃氣中第個氣體成分的單位分子質量；表示第個氣體成分的所述氣體成分占比；表示所述最佳空氣流量的影響因子；表示所述最佳空氣質量的影響因子。

21、優(yōu)選地，所述中央處理器結合可燃氣體的所述氣體成分占比和所述自燃溫差，得到所述理想混合燃料壓縮比的過程包括：

22、根據(jù)所述氣體成分占比、所述最佳空氣質量和發(fā)動機氣缸容量，得到第一混氣密度；結合理想氣體狀態(tài)方程和所述第一混氣密度，計算第一混氣溫度；根據(jù)可燃氣體的所述氣體成分占比和自燃溫差，得到第二混氣溫度；結合所述第一混氣溫度和所述第二混氣溫度，得到理想混合燃料壓縮比。

23、優(yōu)選地，所述中央處理器獲取負載-熱耗率函數(shù)的具體過程包括：

24、結合所述歷史燃氣成分比例和所述歷史空氣流量，計算對應歷史時間下的混氣低熱值；根據(jù)相同歷史時間下的所述歷史燃氣流量和所述歷史空氣流量，得到混氣流量；根據(jù)所述混氣流量、所述混氣低熱值、所述歷史發(fā)電時長和所述歷史負載系數(shù)，構建負載-熱耗率關系模型；通過所述歷史燃氣發(fā)電組數(shù)據(jù)擬合得到關系參數(shù)，得到負載-熱耗率函數(shù)。

25、優(yōu)選地，所述中央處理器獲取負載-廢氣排放函數(shù)的實現(xiàn)過程包括：

26、根據(jù)所述歷史燃氣流量和所述歷史燃氣成分比例，計算可燃成分排放量和非可燃成分排放量；通過完全燃燒反應中氧氣的消耗量，結合所述空燃摩爾比和所述歷史空氣流量，得到空氣非氧排放量；計算所述可燃成分排放量、所述非可燃成分排放量和所述空氣非氧排放量，得到理想廢氣排放量；根據(jù)所述理想廢氣排放量和所述歷史負載系數(shù)，構建負載-廢氣排放關系模型，并通過所述歷史燃氣發(fā)電組數(shù)據(jù)擬合關系參數(shù)，得到負載-廢氣排放函數(shù)。

27、一種燃氣發(fā)電機組控制系統(tǒng)，包括：

28、機組數(shù)據(jù)采集模塊，通過氣體傳感器、溫度傳感器和氣壓傳感器，實時采集燃氣的氣體成分占比、環(huán)境溫度和環(huán)境氣壓；

29、空氣流量調節(jié)模塊，根據(jù)氣體成分的燃燒反應方程，計算氣體成分和空氣的摩爾比，得到空燃摩爾比；結合所述環(huán)境溫度和所述環(huán)境氣壓，計算實際空氣密度；通過所述空燃摩爾比和所述實際空氣密度，得到最佳空氣流量；根據(jù)所述最佳空氣流量對發(fā)動機的空氣進量進行調節(jié)；

30、發(fā)動機調節(jié)模塊，獲取最佳空氣質量和燃氣單位分子質量，結合可燃氣體的所述氣體成分占比和自燃溫差，得到理想混合燃料壓縮比；根據(jù)所述理想混合燃料壓縮比對發(fā)動機氣缸的活塞位置進行調節(jié)；

31、發(fā)電機組調節(jié)模塊，根據(jù)歷史燃氣發(fā)電組數(shù)據(jù)構建負載-熱耗率關系模型和負載-廢氣排放關系模型，通過數(shù)據(jù)擬合得到負載-熱耗率函數(shù)和負載-廢氣排放函數(shù)，并生成燃氣成本函數(shù)；將燃氣流量、所述最佳空氣流量和所述氣體成分占比代入至所述燃氣成本函數(shù)，通過最小化所述燃氣成本函數(shù)，得到最佳負載系數(shù)；根據(jù)所述最佳負載系數(shù)對發(fā)動機和發(fā)電機的轉速進行調節(jié)。

32、與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益效果為：

33、1、本發(fā)明通過精確計算空燃摩爾比和最佳空氣流量，優(yōu)化了燃氣發(fā)電機組的燃燒效率和運行性能。中央處理器結合氣體成分占比、燃燒反應方程、環(huán)境溫度和氣壓等參數(shù)，能夠實時調整空氣流量，確保燃氣在不同負載和工況下都能實現(xiàn)完全燃燒，最大限度地提升熱效率并降低廢氣排放。該過程使得發(fā)電機組能夠適應不同燃氣種類和環(huán)境條件，不僅提高了燃氣發(fā)電機組的能源利用率，還有效降低了燃料消耗和排放。

34、2、本發(fā)明結合可燃氣體的氣體成分占比和自燃溫差，精確計算理想混合燃料壓縮比，顯著提高了燃氣發(fā)電機組的燃燒效率和穩(wěn)定性。通過計算第一混氣密度和溫度，再結合氣體成分和自燃溫差，能夠更加準確地優(yōu)化混合氣體的壓縮比，從而確保發(fā)動機在最佳工作狀態(tài)下運行。能夠有效降低燃料消耗，減少廢氣排放，不僅提高發(fā)電機組的燃燒效率和能源利用率，還能夠延長發(fā)動機的使用壽命，減少維護成本，提升整體運行效率。

35、3、本發(fā)明通過結合歷史數(shù)據(jù)和燃氣成本函數(shù)的計算，中央處理器能夠最小化燃氣使用成本，并根據(jù)最佳負載系數(shù)調節(jié)發(fā)動機和發(fā)電機的轉速，確保燃氣的效益最大化。最小化燃氣成本函數(shù)還可以優(yōu)化排放控制，減少不完全燃燒和廢氣排放，降低了環(huán)境污染物的排放量。