一种天然气管道掺氢比例调控方法及系统

本发明属于天然气调控，尤其涉及一种天然气管道掺氢比例调控方法及系统。

背景技术：

1、本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

2、随着我国对清洁能源的需求不断增加，氢能作为潜在的清洁能源备受关注。掺氢天然气(hcng)作为新型燃料，可提高氢能在能源中的比例。然而，目前缺乏有效的掺氢比例调控方法，可能导致管道设施安全运行受影响，气体流量比例不稳定，掺氢系统控制精度降低，甚至影响下游用户设备。特别是天然气管道流量波动性引起掺氢比例变化，因此需要掺氢装置具备流量动态测量和精准控制能力，以保持所需的氢气比例稳定满足下游用户要求。

3、目前的控制方法采用常规pid控制，精度和实时性有不足，因此需要新型控制算法满足高精准控制和实时性需求。中国专利cn115344019a提出了一种天然气流量调节工艺，引入bp神经网络用于调节阀的控制。相对于常规pid控制，bp神经网络的非线性建模能力能够更好地适应气体特性和系统动态响应，提高对气体流量比例控制的准确度，然而，单纯的bp神经网络应用在pid控制中需要大量的训练数据和计算资源，参数调节复杂。

技术实现思路

1、为克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种天然气管道掺氢比例调控方法及系统，基于bp神经网络和smith补偿原理的pid算法用于掺氢天然气的控制，弥补bp神经网络训练数据和计算资源的不足，提高控制性能和稳定性，实现精准控制混合后天然气和氢气比例的目标。

2、为实现上述目的，本发明的第一个方面提供一种天然气管道掺氢比例调控方法，包括：

3、获取当前管路中天然气流量、氢气流量、混合气体中氢气浓度，以及掺氢天然气的目标比例并进行预处理；

4、将预处理后的数据输入至训练好的bp神经网络，得到pid控制参数；

5、根据所得到的pid控制参数结合smith补偿原理进行pid调节，对氢气流量进行控制。

6、本发明的第二个方面提供一种天然气管道掺氢比例调控系统，包括：

7、获取模块：获取当前管路中天然气流量、氢气流量、混合气体中氢气浓度，以及掺氢天然气的目标比例并进行预处理；

8、pid模块：将预处理后的数据输入至训练好的bp神经网络，得到pid控制参数；

9、控制模块：根据所得到的pid控制参数结合smith补偿原理进行pid调节，对氢气流量进行控制。

10、本发明的第三个方面提供一种计算机设备，包括：处理器、存储器和总线，所述存储器存储有所述处理器可执行的机器可读指令，当计算机设备运行时，所述处理器与所述存储器之间通过总线通信，所述机器可读指令被所述处理器执行时执行一种天然气管道掺氢比例调控方法。

11、本发明的第四个方面提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器运行时执行一种天然气管道掺氢比例调控方法。

12、以上一个或多个技术方案存在以下有益效果：

13、在本发明中，在掺氢天然气的氢气流量调节中，基于所获取的当前管路中天然气流量、氢气流量、混合气体中氢气浓度，以及掺氢天然气的目标比例通过bp神经网络预测pid控制参数，根据所得到的pid控制参数结合smith补偿原理补偿系统中的延时和响应不匹配现象，进一步提高控制效果和稳定性，以达到精准控制混合后天然气和氢气比例的目标。

14、本发明附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

技术特征：

1.一种天然气管道掺氢比例调控方法，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的一种天然气管道掺氢比例调控方法，其特征在于，所述bp神经网络的训练包括：

3.如权利要求1所述的一种天然气管道掺氢比例调控方法，其特征在于，所述预处理包括：对所获取的数据进行归一化处理。

4.如权利要求1所述的一种天然气管道掺氢比例调控方法，其特征在于，根据所得到的pid控制参数，采用增量式pid算法，将混合后氢气浓度与实际混合气体中的氢气浓度之间的误差作为pid控制的输入，pid控制的输出信号为调节控制阀的开度，对氢气浓度进行控制。

5.如权利要求1所述的一种天然气管道掺氢比例调控方法，其特征在于，根据所得到的pid控制参数结合smith补偿原理进行pid调节，具体为：在pid控制器的闭环传递函数中引入预估补偿器，将pid控制器的闭环传递函数中的滞后环节消除。

6.一种天然气管道掺氢比例调控系统，其特征在于，包括：

7.如权利要求6所述的一种天然气管道掺氢比例调控系统，其特征在于，在所述pid模块中，所述bp神经网络的训练包括：

8.如权利要求6所述的一种天然气管道掺氢比例调控系统，其特征在于，在控制模块中，根据所得到的pid控制参数结合smith补偿原理进行pid调节，具体为：在pid控制器的闭环传递函数中引入预估补偿器，将pid控制器的闭环传递函数中的滞后环节消除。

9.一种计算机设备，其特征在于，包括：处理器、存储器和总线，所述存储器存储有所述处理器可执行的机器可读指令，当计算机设备运行时，所述处理器与所述存储器之间通过总线通信，所述机器可读指令被所述处理器执行时执行如权利要求1至5任一项所述的一种天然气管道掺氢比例调控方法。

10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器运行时执行如权利要求1至5任一项所述的一种天然气管道掺氢比例调控方法。

技术总结
本发明提出了一种天然气管道掺氢比例调控方法及系统，包括：获取当前管路中天然气流量、氢气流量、混合气体中氢气浓度，以及掺氢天然气的目标比例并进行预处理；将预处理后的数据输入至训练好的BP神经网络，得到PID控制参数；根据所得到的PID控制参数结合Smith补偿原理进行PID调节，对氢气流量进行控制；基于BP神经网络和Smith补偿原理的PID算法，弥补BP神经网络训练数据和计算资源的不足，提高控制性能和稳定性，实现精准控制混合后天然气和氢气比例的目标。

技术研发人员：赵杰,宋启明,李敬法,宇波,李建立,杨晓宇
受保护的技术使用者：北京石油化工学院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15