本發(fā)明涉及余壓發(fā)電，具體為一種智能膨脹機余壓發(fā)電系統(tǒng)及其控制方法。

背景技術(shù)：

1、余壓發(fā)電系統(tǒng)是一種利用氣體或液體的余壓能量進行發(fā)電的技術(shù)，廣泛應(yīng)用于天然氣、石油、化工等工業(yè)領(lǐng)域。隨著資源的日益匱乏和環(huán)境保護意識的增強，余壓發(fā)電技術(shù)逐漸成為實現(xiàn)能源高效利用和可持續(xù)發(fā)展的重要手段。該系統(tǒng)通過對氣體流動的能量轉(zhuǎn)化，能夠有效降低系統(tǒng)的能量損耗，提升整體運行效率。

2、現(xiàn)有技術(shù)如公告號為cn115693798b的發(fā)明專利公告的空壓站余功回收發(fā)電系統(tǒng)，包括數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)分析模塊、故障分析模塊和服務(wù)器；所述數(shù)據(jù)采集模塊用于采集空壓站余功的周期功率值和空壓站余功的傳輸損耗值，數(shù)據(jù)采集模塊將周期功率值和傳輸損耗值傳送至數(shù)據(jù)分析模塊；所述數(shù)據(jù)分析模塊對周期功率值和傳輸損耗值計算處理，得到空壓站余功回收發(fā)電效果信號，并將空壓站余功回收發(fā)電效果信號傳送至服務(wù)器；所述故障分析模塊接收服務(wù)器傳送的空壓站余功回收發(fā)電效果信號，對空壓站余功回收發(fā)電效果信號差的空壓站進行故障處理。

3、現(xiàn)有技術(shù)如公告號為cn106230025b的發(fā)明專利公告的一種基于光儲和余熱余壓發(fā)電智能供能控制系統(tǒng)及方法。普通的小型余熱余壓發(fā)電系統(tǒng)沒有配置單獨的控制系統(tǒng)無法實現(xiàn)對多種能源輸入的管理、電能質(zhì)量自動調(diào)節(jié)、上網(wǎng)電量控制、負荷自動控制等一體化的管理需求。包括余壓發(fā)電智能供能管理系統(tǒng)、并網(wǎng)模塊、余壓發(fā)電輸入控制模塊和光伏輸入控制模塊，余壓發(fā)電輸入接口和余壓發(fā)電輸入控制模塊連接，光伏發(fā)電輸入接口和光伏輸入控制模塊連接，負荷用電輸出接口和負荷用電輸出控制模塊連接，發(fā)電系統(tǒng)自用電輸入接口和發(fā)電系統(tǒng)自用電控制模塊連接，儲能系統(tǒng)模塊和儲能系統(tǒng)控制模塊連接。

4、結(jié)合上述方案發(fā)現(xiàn)，當前在余壓發(fā)電系統(tǒng)及其控制方法中對于膨脹機沒有充分考慮機組啟停及參數(shù)變化的復(fù)雜運行環(huán)境因素，可能導致膨脹機不能有效地將余壓轉(zhuǎn)化為機械能以及膨脹機運行過程的不穩(wěn)定或能源浪費等問題，難以達到最佳的發(fā)電效果。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種智能膨脹機余壓發(fā)電系統(tǒng)及其控制方法，能夠有效解決上述背景技術(shù)中涉及的問題。

2、為實現(xiàn)以上目的，本發(fā)明通過以下技術(shù)方案予以實現(xiàn)：一種智能膨脹機余壓發(fā)電系統(tǒng)及其控制方法，包括閥門監(jiān)測控制模塊，用于對膨脹機收集的余壓氣體轉(zhuǎn)化為機械能，并在預(yù)設(shè)的各監(jiān)測周期中監(jiān)測膨脹機的負載信息，處理得到各監(jiān)測周期中膨脹機的閥門調(diào)節(jié)值，對膨脹機的閥門進行監(jiān)測調(diào)控。

3、轉(zhuǎn)速控制模塊，用于對膨脹機內(nèi)部的啟停參數(shù)進行監(jiān)測分析，得到各監(jiān)測周期中膨脹機的氣動性能評估值，并根據(jù)各監(jiān)測周期中膨脹機的氣動性能評估值對膨脹機葉輪的轉(zhuǎn)速進行調(diào)節(jié)。

4、泄漏控制模塊，用于監(jiān)測膨脹機各關(guān)鍵位置的氣體泄漏數(shù)據(jù)，得到膨脹機各關(guān)鍵位置的泄漏風險評估值，根據(jù)膨脹機各關(guān)鍵位置的泄漏風險評估值，分析定位至膨脹機的氣體泄漏位置并進行調(diào)控。

5、發(fā)電監(jiān)測模塊，用于監(jiān)測膨脹機的發(fā)電數(shù)據(jù)，對膨脹機的運行性能進行綜合評估并得到膨脹機的智能控制結(jié)果。

6、進一步地，所述得到各監(jiān)測周期中膨脹機的閥門調(diào)節(jié)值，具體過程為：在各監(jiān)測周期中監(jiān)測膨脹機的負載信息，其中膨脹機的負載信息包括進氣口的余壓氣體流量、流速、壓力以及排氣口的余壓氣體流量、流速和壓力，分別進行差值處理，得到膨脹機的余壓氣體偏差流量、膨脹機的偏差流速和膨脹機的壓差，并提取膨脹機的流動阻力，經(jīng)處理得到各監(jiān)測周期中膨脹機的閥門調(diào)節(jié)值，所述各監(jiān)測周期中膨脹機的閥門調(diào)節(jié)值反映了需要對膨脹機的閥門進行調(diào)節(jié)的程度。

7、進一步地，所述對膨脹機的閥門進行監(jiān)測調(diào)控，具體過程為：根據(jù)各監(jiān)測周期中膨脹機的閥門調(diào)節(jié)值與設(shè)定的膨脹機的閥門調(diào)節(jié)需求閾值進行比對的結(jié)果來對膨脹機的閥門進行調(diào)節(jié)。

8、當某監(jiān)測周期中膨脹機的閥門調(diào)節(jié)值為正值并且高于或等于膨脹機的閥門調(diào)節(jié)閾值時，則將膨脹機的進氣閥關(guān)閉、排氣閥增大開度，若某監(jiān)測周期中膨脹機的閥門調(diào)節(jié)值為負值并且低于或等于膨脹機的閥門調(diào)節(jié)閾值的相反數(shù)時，則將膨脹機的排氣閥減小開度,進氣閥逐步增大，若某監(jiān)測周期中膨脹機的閥門調(diào)節(jié)值為正值并且低于膨脹機的閥門調(diào)節(jié)閾值或某監(jiān)測周期中膨脹機的閥門調(diào)節(jié)值為負值并且高于膨脹機的閥門調(diào)節(jié)閾值的負數(shù)時，則不需要對膨脹機的閥門進行調(diào)節(jié)。

9、進一步地，所述對膨脹機內(nèi)部的啟停參數(shù)進行監(jiān)測分析，得到各監(jiān)測周期中膨脹機的氣動性能評估值，具體過程為：在各監(jiān)測周期中監(jiān)測膨脹機內(nèi)部的啟停參數(shù)，包括膨脹機進氣口溫度、排氣口溫度、膨脹機的輸出功率，將膨脹機進氣口溫度和排氣口溫度進行相除得到膨脹機的膨脹比，并提取膨脹機的壓差以及膨脹機的能量轉(zhuǎn)化效率，經(jīng)處理得到各監(jiān)測周期中膨脹機的氣動性能評估值，所述各監(jiān)測周期中膨脹機的氣動性能評估值用于評估膨脹機整體的能量轉(zhuǎn)換效率。

10、進一步地，所述根據(jù)各監(jiān)測周期中膨脹機的氣動性能評估值對膨脹機葉輪的轉(zhuǎn)速進行調(diào)節(jié)，具體過程為：根據(jù)各監(jiān)測周期中膨脹機的氣動性能評估值與數(shù)據(jù)庫中存儲的氣動性能評估閾值進行比較，若某監(jiān)測周期中膨脹機的氣動性能評估值高于氣動性能評估閾值時，則將該監(jiān)測周期中膨脹機的氣動性能評估值與氣動性能評估閾值進行差值處理，得到膨脹機的氣動性能評估第一差值，將膨脹機的氣動性能評估第一差值與數(shù)據(jù)庫中的膨脹機的氣動性能評估第一標準差值在各區(qū)間對應(yīng)的葉輪轉(zhuǎn)速第一調(diào)節(jié)值進行匹配，得到膨脹機的葉輪轉(zhuǎn)速第一調(diào)節(jié)值，由此根據(jù)膨脹機的葉輪轉(zhuǎn)速第一調(diào)節(jié)值降低葉輪轉(zhuǎn)速。

11、若某監(jiān)測周期中膨脹機的氣動性能評估值低于氣動性能評估閾值時，將氣動性能評估閾值與該監(jiān)測周期中膨脹機的氣動性能評估值進行差值處理，得到膨脹機的氣動性能評估第二差值，將膨脹機的氣動性能評估第二差值與數(shù)據(jù)庫中的膨脹機的氣動性能評估第二標準差值在各區(qū)間對應(yīng)的葉輪轉(zhuǎn)速第二調(diào)節(jié)值進行匹配，得到膨脹機的葉輪轉(zhuǎn)速第二調(diào)節(jié)值，由此根據(jù)膨脹機的葉輪轉(zhuǎn)速第二調(diào)節(jié)值增加葉輪轉(zhuǎn)速。

12、若各監(jiān)測周期中膨脹機的氣動性能評估值等于氣動性能評估閾值時，則不對膨脹機的葉輪轉(zhuǎn)速進行調(diào)節(jié)。

13、進一步地，所述得到膨脹機各關(guān)鍵位置的泄漏風險評估值，具體過程為：提取膨脹機各關(guān)鍵位置的氣體泄漏數(shù)據(jù)，包括天然氣濃度、振動頻率，經(jīng)處理得到膨脹機各關(guān)鍵位置的泄漏風險評估值，所述膨脹機各關(guān)鍵位置的泄漏風險評估值用于確定膨脹機各關(guān)鍵位置存在氣體泄漏的嚴重程度。

14、進一步地，所述根據(jù)膨脹機各關(guān)鍵位置的泄漏風險評估值，與預(yù)設(shè)的泄漏風險評估閾值進行比對，若膨脹機某關(guān)鍵位置的泄漏風險評估值低于泄漏風險評估閾值，則將膨脹機該關(guān)鍵位置標記為泄漏位置，由此得到膨脹機的各泄漏位置，并啟動緊急通風，關(guān)閉膨脹機的閥門，同時觸發(fā)報警機制通知操作人員。

15、進一步地，所述對膨脹機的運行性能進行綜合評估并得到膨脹機的智能控制結(jié)果，具體過程為：提取各監(jiān)測周期中膨脹機的閥門調(diào)節(jié)值、各監(jiān)測周期中膨脹機的氣動性能評估值以及膨脹機各關(guān)鍵位置的泄漏風險評估值，提取膨脹機在各監(jiān)測周期的發(fā)電量，并整合得到各監(jiān)測周期中膨脹機的綜合評估值。

16、將各監(jiān)測周期中膨脹機的綜合評估值，與預(yù)設(shè)的膨脹機的綜合評估閾值進行比對，統(tǒng)計綜合評估值大于或等于預(yù)設(shè)的綜合評估閾值的監(jiān)測周期的數(shù)量，并記為膨脹機的運行合格周期數(shù)量，若膨脹機的運行合格周期數(shù)量高于或等于預(yù)設(shè)的膨脹機的運行合格標準周期數(shù)量，則將膨脹機的智能控制結(jié)果設(shè)為合格，若膨脹機的運行合格周期數(shù)量低于預(yù)設(shè)的膨脹機的運行合格標準周期數(shù)量，則將膨脹機的智能控制結(jié)果設(shè)為不合格，并通知工作人員對膨脹機進行檢修。

17、進一步地，所述各監(jiān)測周期中膨脹機的綜合評估值，具體分析條件為：

18、；

19、式中，表示第i個膨脹機的綜合評估值，表示膨脹機的泄漏風險評估值，表示第i個監(jiān)測周期中膨脹機的氣動性能評估值，表示第i個監(jiān)測周期中膨脹機的閥門調(diào)節(jié)值，表示膨脹機的閥門調(diào)節(jié)閾值，表示第i個監(jiān)測周期中膨脹機的發(fā)電量，表示預(yù)設(shè)的泄漏風險評估值對應(yīng)的權(quán)重因子，表示預(yù)設(shè)的氣動性能評估值對應(yīng)的權(quán)重因子，表示預(yù)設(shè)的閥門調(diào)節(jié)需求值對應(yīng)的權(quán)重因子，表示預(yù)設(shè)的膨脹機的發(fā)電量對應(yīng)的權(quán)重因子，i表示各監(jiān)測周期的編號，，n表示監(jiān)測周期的總數(shù)。

20、本發(fā)明第二方面還提供一種應(yīng)用于智能膨脹機余壓發(fā)電系統(tǒng)的控制方法，包括：對膨脹機收集的余壓氣體轉(zhuǎn)化為機械能，并在預(yù)設(shè)的各監(jiān)測周期中監(jiān)測膨脹機的負載信息，處理得到各監(jiān)測周期中膨脹機的閥門調(diào)節(jié)值，對膨脹機的閥門進行監(jiān)測調(diào)控。

21、對膨脹機內(nèi)部的啟停參數(shù)進行監(jiān)測分析，得到各監(jiān)測周期中膨脹機的氣動性能評估值，并根據(jù)各監(jiān)測周期中膨脹機的氣動性能評估值對膨脹機葉輪的轉(zhuǎn)速進行調(diào)節(jié)。

22、監(jiān)測膨脹機各關(guān)鍵位置的氣體泄漏數(shù)據(jù)，得到膨脹機各關(guān)鍵位置的泄漏風險評估值，根據(jù)膨脹機各關(guān)鍵位置的泄漏風險評估值，分析定位至膨脹機的氣體泄漏位置并進行調(diào)控。

23、監(jiān)測膨脹機的發(fā)電數(shù)據(jù)，對膨脹機的運行性能進行綜合評估并得到膨脹機的智能控制結(jié)果。

24、本發(fā)明具有以下有益效果：

25、（1）本發(fā)明通過提供一種智能膨脹機余壓發(fā)電系統(tǒng)及其控制方法，能夠?qū)崟r監(jiān)測膨脹機的負載信息，以獲得閥門調(diào)節(jié)需求值并進行調(diào)控。同時，系統(tǒng)對膨脹機內(nèi)部的啟停參數(shù)進行監(jiān)測，分析氣動性能評估值，并根據(jù)評估結(jié)果調(diào)節(jié)葉輪轉(zhuǎn)速。此外，還對膨脹機的各關(guān)鍵位置的氣體泄漏數(shù)據(jù)進行監(jiān)測，以評估泄漏風險并定位泄漏源，最后綜合評估發(fā)電數(shù)據(jù)和運行性能，形成智能控制決策。優(yōu)化了膨脹機的運行效率，降低了能量損耗，還提升了系統(tǒng)的安全性和可靠性，進而有效提高了余壓發(fā)電的整體效能。

26、（2）本發(fā)明通過得出閥門調(diào)節(jié)需求值以決定相應(yīng)的閥門調(diào)節(jié)策略，有助于確保了膨脹機在發(fā)電過程中的最佳運行狀態(tài)，有效提升了發(fā)電效率和系統(tǒng)穩(wěn)定性，同時降低了能量損耗和安全風險，為智能控制提供了可靠的支持。

27、（3）本發(fā)明通過得到各監(jiān)測周期中膨脹機的氣動性能評估值分析得到對葉輪轉(zhuǎn)速進行調(diào)控策略，能夠根據(jù)實時氣動性能動態(tài)調(diào)整葉輪轉(zhuǎn)速，從而優(yōu)化能量轉(zhuǎn)換效率，提升發(fā)電效果，同時有助于保障設(shè)備的安全性與穩(wěn)定性，充分利用余壓氣體的能量，提高智能控制的精確性和響應(yīng)速度。

28、（4）本發(fā)明通過提取得到膨脹機的閥門調(diào)節(jié)值、膨脹機的氣動性能評估值以及膨脹機的泄漏風險評估值，提取膨脹機在各監(jiān)測周期的發(fā)電量，以快速判斷膨脹機內(nèi)部或外部是否存在氣體泄漏及其嚴重程度。同時設(shè)定多個監(jiān)測周期，計算出膨脹機的綜合評估值能夠及時發(fā)現(xiàn)和處理泄漏風險，保障設(shè)備安全，提高發(fā)電效率，同時確保智能控制的可靠性與有效性，進一步優(yōu)化余壓發(fā)電過程。

29、當然，實施本發(fā)明的任一產(chǎn)品并不一定需要同時達到以上所述的所有優(yōu)點。