一种混合煤气的变解耦控制方法、装置、设备及存储介质与流程

本发明涉及煤气混合平衡领域，特别涉及一种混合煤气的变解耦控制方法、装置、设备及存储介质。

背景技术：

1、焦炉煤气、高炉煤气和转炉煤气均为钢铁企业炼焦、炼钢、炼铁等主要生产过程中产生的富余产物，为达到提高能源利用率、节能减排、降本增效等目标，就需要充分利用富余产物的剩余能量价值。通过将转炉煤气、高炉煤气、焦炉煤气、天然气四种燃气进行混合，形成具有固定热值和压力的混合煤气，作为后续生产使用燃气，提升煤气的利用率。煤气混合站是煤气混合平衡的重要调节手段，通过调节煤气和天然气管道上均安装有独立的流量调节阀，产生需要的混合煤气。煤气混合主要控制要求：保持混合煤气出口压力稳定、热值稳定。转炉煤气、高炉煤气、焦炉煤气、天然气四种燃气进行任意两种以上的随机混合，其中三种煤气都是钢铁企业主要生产过程中产生的富余产物，钢铁生产过程中的周期间歇性特点导致产生煤气的压力、流量都是不断变化的。天然气主要用于在三种煤气量不满足混合煤气的热值和压力要求情况下进行补充。因混合前煤气的压力、流量的变化，以及不同煤气的随机组合导致混合煤气的热值和压力也随之不断波动，作为后续生产使用燃气，其热值和压力波动直接影响生产运行的稳定性和煤气的利用效率。但混合煤气的热值和压力综合控制是一种强耦合、多变量的系统，目前类似的控制方式有以下几种：

2、1、手动控制方式，混合站各种煤气的调节都是由运行人员手动调整，这种方式在煤气稳定情况下可以使用，一旦混合煤气需求量变化，或者混合前某种煤气波动必然打破平衡，导致产出混煤气压力不稳定，热值偏差较大，影响后端使用燃气用户燃烧的稳定性；并且由手动调节，运行操作人员劳动强度也很大。

3、2、流量固定比例控制方式，采用高炉煤气和焦炉煤气按一定配比方式运行，高炉煤气流量控制投入自动，焦炉煤气按照流量比计算出流量目标值，进行自动调整，根据热值目标修正配比值。如果掺入转炉煤气，高炉煤气和焦炉煤气的配比需要修改才能满足热值的稳定。这种方式混合煤气热值相对稳定，但前提是混合前压力相对稳定，否则混合后煤气压力波动较大。

4、3、压差自动控制方式，采用高炉、焦炉混合煤气利用两种煤气压差调节控制煤气阀开度，选用相同流量特性调节阀进行调节，混合煤气压力通过自动控制高炉煤气调节阀实现，然后利用压差控制焦炉煤气调节阀开度自动调节，同步实现煤气混合达到需要热值。这种方式虽然兼顾了混合煤气的压力和热值，但是当增加转炉煤气或天然气后，需要考虑煤气之间的压力耦合关系，以及压力对热值影响的耦合关系。两种煤气混合比较适用，多种煤气组合时效果较差。

5、但是目前技术调节效果差：混合煤气的最重要控制要求就是热值和压力的同步稳定。混合前各种煤气的压力和流量是时变的、混合后煤气的需求也是时变的，混合煤气的压力和热值强耦合性等各种因素的影响下，操作运行人员的手动控制模式，不但混合煤气的热值无法保证，压力波动也较大，一旦稳态失衡，需要很久的频繁操作才能恢复稳定。流量固定比例控制方式，虽然一定程度上进行了自动控制，混合后煤气热值相对稳定性提升，但前提是混合前各种煤气压力需要稳定，尤其在投入或切除煤气，很容易导致混合煤气的压力波动。压差自动控制方式，兼顾了混合煤气的热值和压力的同步调节，但是最大的局限就是混合前的原料煤气比较单一，比较适用两种煤气混合，多种煤气混合，无法处理各个因素之间的耦合关系。以上的常规控制方式无法很好的处理各种影响因素之间的耦合关系，导致最终的控制目标过程中调节速度慢，波动较大，煤气调节能力差等问题。因此，如何解决多种煤气混合后混合煤气的压力和热值强耦合，同步协调稳定难的问题是目前面临的严峻问题。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明的目的在于提供一种混合煤气的变解耦控制方法、装置、设备及存储介质，能够实现多种煤气的组合的任意选择模式，自动计算出当前混合煤气或天然气的需求增减量，进行同步不同量的调节，最终达到混合煤气的热值和压力的快速同步稳定。其具体方案如下：

2、第一方面，本技术公开了一种混合煤气的变解耦控制方法，包括：

3、确定低热值燃气和高热值燃气，并将所述低热值燃气和所述高热值燃气进行混合，得到相应的混合煤气，并基于所述混合煤气确定混合煤气热值以及混合煤气压力；

4、基于pid控制器和所述混合煤气热值计算对所述混合煤气热值进行调整的热值增量，并基于所述pid控制器和所述混合煤气压力计算对所述混合煤气压力进行调整的压力增量；

5、确定所述混合煤气热值和所述混合煤气压力与预设值之间的偏差状态，并基于所述偏差状态与预设状态矩阵的对应关系确定所述偏差状态对应的状态值；

6、根据所述状态值确定目标解耦矩阵系数，利用所述热值增量、压力增量以及所述目标解耦矩阵系数计算对所述高热值燃气进行调整的第一增量以及对所述低热值燃气进行调整的第二增量，并对所述第一增量以及所述第二增量进行解耦处理，以得到所述混合煤气中各种燃气流量的目标流量修正值；

7、基于各所述目标流量修正值通过所述pid控制器对各种所述燃气流量进行修正调整，以完成对所述混合煤气热值和所述混合煤气压力的解耦控制。

8、可选的，所述确定所述混合煤气热值和所述混合煤气压力与预设值之间的偏差状态，包括：

9、实时获取所述混合煤气热值和所述混合煤气压力；

10、将所述混合煤气热值和所述混合煤气压力与所述预设值进行对比，得到相应的对比结果，根据对比结果确定所述偏差状态；其中，利用高、中以及低中的任意一种表述所述偏差状态。

11、可选的，所述基于所述偏差状态与预设状态矩阵的对应关系确定所述偏差状态对应的状态值之前，还包括：

12、将热值对应的高、中以及低三种状态分别与压力对应的高、中以及低三种状态进行组合，根据组合结果确定所述预设状态矩阵；

13、根据各组合在所述预设矩阵中的位置对各所述组合进行赋值，以确定各所述组合对应的目标值。

14、可选的，所述基于所述偏差状态与预设状态矩阵的对应关系确定所述偏差状态对应的状态值，包括：

15、基于所述预设状态矩阵确定与所述偏差状态对应的目标组合，将所述目标组合对应的所述目标值确定为所述偏差状态对应的所述状态值。

16、可选的，所述根据所述状态值确定目标解耦矩阵系数，包括：

17、基于工作人员的经验以及解耦控制的基本原理确定所述目标解耦矩阵系数的设定原理；

18、基于所述设定原理以及所述状态值确定所述目标解耦矩阵系数。

19、可选的，所述对所述第一增量以及所述第二增量进行解耦处理，以得到所述混合煤气中各种燃气流量的目标流量修正值，包括：

20、确定所述低热值燃气以及所述高热值燃气各自投入所述混合煤气的燃气种类；

21、根据所述燃气种类确定二次解耦矩阵系数，并根据所述二次解耦矩阵系数确定二次解耦矩阵；

22、获取基于所述第一增量以及所述第二增量确定的增量矩阵和所述二次解耦矩阵相乘的结果，基于所述结果得到所述混合煤气中各种燃气流量的目标流量修正值。

23、可选的，所述低热值燃气中包括两种低热值燃气成分；所述两种低热值燃气成分为高炉煤气和转炉煤气；

24、所述高热值燃气中包括两种高热值燃气成分；所述两种高热值燃气成分为焦炉煤气和天然气；

25、相应的，所述根据所述燃气种类确定二次解耦矩阵系数，包括：

26、若仅向所述混合煤气中投入一种所述低热值燃气成分和一种所述高热值燃气成分，则基于相应的燃气成分调节情况确定所述二次解耦矩阵系数；

27、若向所述混合煤气中投入所述两种低热值燃气成分和所述两种高热值燃气成分，并且当前任一种燃气成分的流量已被调节到相应的预设流量上下限边界，则基于对未到达所述预设流量上下限边界的燃气成分进行加快调节的第一原则确定所述二次解耦矩阵系数；

28、若向所述混合煤气中投入所述两种低热值燃气成分，并且当前所述两种低热值燃气成分的流量均未被调节到相应的预设流量上下限边界，则基于优先调节所述高炉煤气的第二原则确定所述二次解耦矩阵系数；

29、若向所述混合煤气中投入所述两种高热值燃气成分，并且当前所述两种高热值燃气成分的流量均未被调节到相应的预设流量上下限边界，则基于优先调节所述焦炉煤气第三原则确定所述二次解耦矩阵系数。

30、第二方面，本技术公开了一种混合煤气的变解耦控制装置，包括：

31、热值与压力确定模块，用于确定低热值燃气和高热值燃气，并将所述低热值燃气和所述高热值燃气进行混合，得到相应的混合煤气，并基于所述混合煤气确定混合煤气热值以及混合煤气压力；

32、增量计算模块，用于基于pid控制器和所述混合煤气热值计算对所述混合煤气热值进行调整的热值增量，并基于所述pid控制器和所述混合煤气压力计算对所述混合煤气压力进行调整的压力增量；

33、状态值确定模块，用于确定所述混合煤气热值和所述混合煤气压力与预设值之间的偏差状态，并基于所述偏差状态与预设状态矩阵的对应关系确定所述偏差状态对应的状态值；

34、流量修正值获取模块，用于根据所述状态值确定目标解耦矩阵系数，利用所述热值增量、压力增量以及所述目标解耦矩阵系数计算对所述高热值燃气进行调整的第一增量以及对所述低热值燃气进行调整的第二增量，并对所述第一增量以及所述第二增量进行解耦处理，以得到所述混合煤气中各种燃气流量的目标流量修正值；

35、燃气流量修正模块，用于基于各所述目标流量修正值通过所述pid控制器对各种所述燃气流量进行修正调整，以完成对所述混合煤气热值和所述混合煤气压力的解耦控制。

36、第三方面，本技术公开了一种电子设备，包括：

37、存储器，用于保存计算机程序；

38、处理器，用于执行所述计算机程序以实现前述的混合煤气的变解耦控制方法。

39、第四方面，本技术公开了一种计算机可读存储介质，用于保存计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现前述的混合煤气的变解耦控制方法。

40、由上可知，本技术首先确定低热值燃气和高热值燃气，并将所述低热值燃气和所述高热值燃气进行混合，得到相应的混合煤气，并基于所述混合煤气确定混合煤气热值以及混合煤气压力；基于pid控制器和所述混合煤气热值计算对所述混合煤气热值进行调整的热值增量，并基于所述pid控制器和所述混合煤气压力计算对所述混合煤气压力进行调整的压力增量；确定所述混合煤气热值和所述混合煤气压力与预设值之间的偏差状态，并基于所述偏差状态与预设状态矩阵的对应关系确定所述偏差状态对应的状态值；根据所述状态值确定目标解耦矩阵系数，利用所述热值增量、压力增量以及所述目标解耦矩阵系数计算对所述高热值燃气进行调整的第一增量以及对所述低热值燃气进行调整的第二增量，并对所述第一增量以及所述第二增量进行解耦处理，以得到所述混合煤气中各种燃气流量的目标流量修正值；基于各所述目标流量修正值通过所述pid控制器对各种所述燃气流量进行修正调整，以完成对所述混合煤气热值和所述混合煤气压力的解耦控制。可见，本技术主要以增量pid为基础，通过混合煤气的热值和压力当前状态的综合判断，采用多次自适应的变解耦矩阵系数的控制方法，并且可以实现多种煤气的组合的任意选择模式，同步不同量深度解耦计算出需要调整的混合前煤气或天然气需要调整的量，实现混合煤气的热值和压力快速同步调整。这样一来，本技术可以适应多种燃气混合，且混合后燃气的热值和压力强耦合的控制系统中，中间环节的计算均采用增量的方式实现，混合前燃气选择随时可以投入或退出，投切均完全无扰，最终的指令阀门的开度是绝对值，避免常规控制投切的扰动。解决了常规方法遇到混合煤气压力和热值强耦合，调整速率慢，波动大等问题，通过判断混合煤气的压力和热值综合状态，实时自适应解耦矩阵系数，快速实现各种燃气量的精确同步调整，提升混合煤气压力和热值的抗扰能力和快速稳定性，解决了强耦合的问题。实现常见的四种燃气的灵活组合，通过自适应变解耦矩阵系数方式，实现使用中根据需求或实际生产运行状况不同进行多种燃气不同的组合方式。