本申請涉及瓦斯燃燒，特別涉及一種低濃度瓦斯燃燒控制方法、裝置、電子設(shè)備及存儲(chǔ)介質(zhì)。

背景技術(shù)：

1、瓦斯發(fā)電作為主流的發(fā)電方式之一，有著極為突出的發(fā)電優(yōu)勢，其不僅可以很好的減少煤礦瓦斯事故的發(fā)生，還能顯著地改善煤礦的生產(chǎn)條件，并能從一定角度上增加潔凈能源的供應(yīng)，以此來起到保護(hù)環(huán)境的作用。瓦斯發(fā)電機(jī)一般適用于高濃度的瓦斯，一旦瓦斯?jié)舛葻o法維持一定的濃度，發(fā)電的效率和安全性將嚴(yán)重降低。隨著技術(shù)的發(fā)展，當(dāng)前的瓦斯發(fā)電機(jī)組已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)處于3％-9％的低濃度瓦斯的直接利用，從而提高瓦斯的利用率，減小低濃度瓦斯的浪費(fèi)和污染；但是低濃度瓦斯在直接燃燒的過程中仍存在一定的風(fēng)險(xiǎn)，為提高低濃度瓦斯發(fā)電的安全性，需要對(duì)低濃度瓦斯直接燃燒機(jī)組的運(yùn)行過程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測。

2、相關(guān)技術(shù)中，瓦斯燃燒機(jī)組的監(jiān)測采用視頻監(jiān)控系統(tǒng)和plc控制系統(tǒng)結(jié)合的方式；視頻監(jiān)控系統(tǒng)主要進(jìn)行視覺監(jiān)測，無法提供與氣體濃度、溫度和壓力等實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)相關(guān)的信息，難以實(shí)時(shí)調(diào)整燃燒參數(shù)以應(yīng)對(duì)變化的條件；plc控制系統(tǒng)用于自動(dòng)化控制，缺乏復(fù)雜的邏輯和智能反應(yīng)，難以適應(yīng)低濃度瓦斯的環(huán)境條件，無法在虛擬環(huán)境中模擬不同的工況和燃燒條件，以預(yù)測性能和安全性，也不具備數(shù)據(jù)分析和優(yōu)化功能，這使得低濃度瓦斯直接燃燒機(jī)組難以優(yōu)化燃燒參數(shù)以提高能源利用率并降低排放。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本申請實(shí)施例提供一種低濃度瓦斯燃燒控制方法、裝置、電子設(shè)備及存儲(chǔ)介質(zhì)，能夠利用數(shù)字孿生技術(shù)創(chuàng)建實(shí)際系統(tǒng)的數(shù)字模型，允許實(shí)時(shí)模擬和優(yōu)化燃燒過程。

2、第一方面，本申請實(shí)施例提供了一種低濃度瓦斯燃燒控制方法，該方法包括：采集低濃度瓦斯在發(fā)電機(jī)組的設(shè)備模塊中燃燒的第一數(shù)據(jù)，第一數(shù)據(jù)用于表征低濃度瓦斯燃燒過程中的溫度、壓強(qiáng)、濃度和液位等指標(biāo)信息；基于第一數(shù)據(jù)構(gòu)建矩陣并按預(yù)設(shè)程序進(jìn)行矩陣運(yùn)算，以對(duì)第一數(shù)據(jù)進(jìn)行清洗和標(biāo)準(zhǔn)化處理，得到第一目標(biāo)數(shù)據(jù)；將設(shè)備模塊的各項(xiàng)實(shí)體參數(shù)和第一目標(biāo)數(shù)據(jù)包含的各項(xiàng)指標(biāo)數(shù)據(jù)信息映射至信息空間，以構(gòu)建數(shù)字孿生體模型，數(shù)字孿生體模型能夠表征設(shè)備模塊的運(yùn)行狀態(tài)信息；在第一目標(biāo)數(shù)據(jù)滿足預(yù)設(shè)閾值的情況下，采集低濃度瓦斯燃燒過程中的第二數(shù)據(jù)；基于數(shù)字孿生體模型對(duì)第二數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得到與設(shè)備模塊當(dāng)前的燃燒過程對(duì)應(yīng)的模擬數(shù)據(jù)信息。

3、根據(jù)本申請實(shí)施例的第一方面，在基于第一數(shù)據(jù)構(gòu)建矩陣并按預(yù)設(shè)程序進(jìn)行矩陣運(yùn)算，以對(duì)第一數(shù)據(jù)進(jìn)行清洗和標(biāo)準(zhǔn)化處理，得到第一目標(biāo)數(shù)據(jù)之后，該方法還包括：將第一目標(biāo)數(shù)據(jù)劃分為多個(gè)包含相同元素?cái)?shù)量的數(shù)據(jù)組，得到輸入樣本，并將輸入樣本劃分為訓(xùn)練集、驗(yàn)證集和測試集；以訓(xùn)練集的均方誤差作為損失函數(shù)，采用隨機(jī)梯度下降優(yōu)化器對(duì)初始模型進(jìn)行訓(xùn)練，得到第一序列模型以及與第一序列模型對(duì)應(yīng)的超參數(shù)信息；基于驗(yàn)證集對(duì)第一序列模型進(jìn)行驗(yàn)證，對(duì)超參數(shù)信息進(jìn)行選擇，以確定第二序列模型；基于測試集對(duì)第二序列模型進(jìn)行驗(yàn)證和調(diào)整，確定時(shí)間序列模型，時(shí)間序列模型用于對(duì)低濃度瓦斯燃燒過程中的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行診斷，以判斷低濃度瓦斯燃燒是否處于正常運(yùn)行狀態(tài)。

4、根據(jù)本申請實(shí)施例的第一方面，前述初始模型為lstm模型，lstm模型包含遺忘門、輸入門、輸出門以及一個(gè)狀態(tài)單元。

5、根據(jù)本申請實(shí)施例的第一方面，將設(shè)備模塊的各項(xiàng)實(shí)體參數(shù)和第一目標(biāo)數(shù)據(jù)包含的各項(xiàng)指標(biāo)數(shù)據(jù)信息映射至信息空間，以構(gòu)建數(shù)字孿生體模型，包括：將設(shè)備模塊的實(shí)體尺寸映射至信息空間并進(jìn)行網(wǎng)格化處理，得到多個(gè)控制體；基于瓦斯燃燒過程中的質(zhì)量守恒、動(dòng)量守恒以及能量守恒，根據(jù)第一目標(biāo)數(shù)據(jù)中的指標(biāo)信息對(duì)多個(gè)控制體進(jìn)行物理建模和化學(xué)建模，得到初始孿生模型；選取比例積分微分控制器，采用一階滯后系統(tǒng)對(duì)傳感器和執(zhí)行器進(jìn)行建模來描述傳感器和執(zhí)行器的動(dòng)態(tài)行為，得到目標(biāo)孿生模型以進(jìn)行控制系統(tǒng)集成來維持燃燒過程的穩(wěn)定性；對(duì)初始孿生模型和目標(biāo)孿生模型進(jìn)行數(shù)字化組合，得到數(shù)字孿生體模型。

6、根據(jù)本申請實(shí)施例的第一方面，基于數(shù)字孿生體模型對(duì)第二數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得到與設(shè)備模塊當(dāng)前的燃燒過程對(duì)應(yīng)的模擬數(shù)據(jù)信息，包括：基于數(shù)字孿生體模型，使用計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)軟件對(duì)第二數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得到連續(xù)的守恒方程；向連續(xù)的守恒方程添加初始條件、對(duì)流邊界條件和熱邊界條件，其中，初始條件為一個(gè)穩(wěn)態(tài)解或經(jīng)驗(yàn)估計(jì)值，熱邊界條件為固定溫度或熱流；使用有限體積法將連續(xù)方程離散化為代數(shù)方程，并基于壓力耦合方程組的半隱式方法來求解離散化后的代數(shù)方程，得到模擬數(shù)據(jù)信息。

7、根據(jù)本申請實(shí)施例的第一方面，在基于數(shù)字孿生體模型對(duì)第二數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得到與設(shè)備模塊當(dāng)前的燃燒過程對(duì)應(yīng)的模擬數(shù)據(jù)信息之后，該方法還包括：從模擬數(shù)據(jù)信息中提取與溫度分布、壓力分布、速度場以及瓦斯?jié)舛鹊雀黜?xiàng)物理參數(shù)相關(guān)的第二目標(biāo)數(shù)據(jù)；基于可視化軟件和第二目標(biāo)數(shù)據(jù)，對(duì)各項(xiàng)物理參數(shù)創(chuàng)建視覺映射，得到第一可視化信息；根據(jù)第一可視化信息創(chuàng)建三維溫度場，并對(duì)三維溫度場添加時(shí)間軸控制、視圖旋轉(zhuǎn)和視圖縮放等交互功能，得到可視化模塊。

8、根據(jù)本申請實(shí)施例的第一方面，在根據(jù)第一可視化信息創(chuàng)建三維溫度場，并對(duì)三維溫度場添加時(shí)間軸控制、視圖旋轉(zhuǎn)和視圖縮放等交互功能，得到可視化模塊之后，該方法還包括：采集不同時(shí)刻下的低濃度瓦斯燃燒信息，并基于可視化模塊確定對(duì)應(yīng)時(shí)刻的模擬可視信息；將低濃度瓦斯燃燒信息與模擬可視信息進(jìn)行比對(duì)，得到顯示偏差；基于顯示偏差，調(diào)整可視化模塊中的視圖參數(shù)，視圖參數(shù)包括色彩方案、透明度和圖形布局中的至少一者。

9、第二方面，本申請實(shí)施例提供了一種低濃度瓦斯燃燒控制裝置，該裝置包括采集模塊、清洗模塊、映射模塊和分析模塊，該采集模塊用于采集低濃度瓦斯在發(fā)電機(jī)組的設(shè)備模塊中燃燒的第一數(shù)據(jù)；該清洗模塊用于基于第一數(shù)據(jù)構(gòu)建矩陣并按預(yù)設(shè)程序進(jìn)行矩陣運(yùn)算，以對(duì)第一數(shù)據(jù)進(jìn)行清洗和標(biāo)準(zhǔn)化處理，得到第一目標(biāo)數(shù)據(jù)；該映射模塊用于將設(shè)備模塊的各項(xiàng)實(shí)體參數(shù)和第一目標(biāo)數(shù)據(jù)包含的各項(xiàng)指標(biāo)數(shù)據(jù)信息映射至信息空間，以構(gòu)建數(shù)字孿生體模型；前述采集模塊還用于在第一目標(biāo)數(shù)據(jù)滿足預(yù)設(shè)閾值的情況下，采集低濃度瓦斯燃燒過程中的第二數(shù)據(jù)；該分析模塊用于基于數(shù)字孿生體模型對(duì)第二數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得到與設(shè)備模塊當(dāng)前的燃燒過程對(duì)應(yīng)的模擬數(shù)據(jù)信息。

10、第三方面，本申請實(shí)施例提供了一種電子設(shè)備，該電子設(shè)備包括處理器、存儲(chǔ)器及存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器上并可在處理器上運(yùn)行的程序，程序被處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)前述第一方面中的低濃度瓦斯燃燒控制方法。

11、第四方面，本申請實(shí)施例提供了一種可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，可讀存儲(chǔ)介質(zhì)上存儲(chǔ)程序或指令，程序或指令被處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)前述第一方面中的低濃度瓦斯燃燒控制方法的步驟。

12、本申請實(shí)施例提供的一種低濃度瓦斯燃燒控制方法、裝置、電子設(shè)備及存儲(chǔ)介質(zhì)，該方法通過從發(fā)電機(jī)組設(shè)備模塊中采集數(shù)據(jù)，來建立數(shù)字孿生體模型和時(shí)間序列模型；數(shù)字孿生體模型能夠?qū)Σ杉膶?shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析并高逼真度地模擬燃燒過程，在虛擬環(huán)境中模擬不同的工況和燃燒條件，以預(yù)測性能和安全性；時(shí)間序列模型能夠基于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)對(duì)設(shè)備模塊進(jìn)行遠(yuǎn)程維護(hù)和故障診斷，進(jìn)而通過優(yōu)化燃燒參數(shù)以提高能源利用率并降低排放。

技術(shù)特征：

1.一種低濃度瓦斯燃燒控制方法，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低濃度瓦斯燃燒控制方法，其特征在于，所述將所述設(shè)備模塊的各項(xiàng)實(shí)體參數(shù)和所述第一目標(biāo)數(shù)據(jù)包含的各項(xiàng)指標(biāo)數(shù)據(jù)信息映射至信息空間，以構(gòu)建數(shù)字孿生體模型，包括：

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低濃度瓦斯燃燒控制方法，其特征在于，在所述基于所述第一數(shù)據(jù)構(gòu)建矩陣并按預(yù)設(shè)程序進(jìn)行矩陣運(yùn)算，以對(duì)所述第一數(shù)據(jù)進(jìn)行清洗和標(biāo)準(zhǔn)化處理，得到第一目標(biāo)數(shù)據(jù)之后，所述方法還包括：

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的低濃度瓦斯燃燒控制方法，其特征在于，所述初始模型為lstm模型，所述lstm模型包含遺忘門、輸入門、輸出門以及一個(gè)狀態(tài)單元。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低濃度瓦斯燃燒控制方法，其特征在于，所述基于所述數(shù)字孿生體模型對(duì)所述第二數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得到與設(shè)備模塊當(dāng)前的燃燒過程對(duì)應(yīng)的模擬數(shù)據(jù)信息，包括：

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低濃度瓦斯燃燒控制方法，其特征在于，在所述基于所述數(shù)字孿生體模型對(duì)所述第二數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得到與設(shè)備模塊當(dāng)前的燃燒過程對(duì)應(yīng)的模擬數(shù)據(jù)信息之后，所述方法還包括：

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的低濃度瓦斯燃燒控制方法，其特征在于，在所述根據(jù)所述第一可視化信息創(chuàng)建三維溫度場，并對(duì)所述三維溫度場添加時(shí)間軸控制、視圖旋轉(zhuǎn)和視圖縮放等交互功能，得到可視化模塊之后，所述方法還包括：

8.一種低濃度瓦斯燃燒控制裝置，其特征在于，包括：

9.一種電子設(shè)備，其特征在于，包括：處理器、存儲(chǔ)器及存儲(chǔ)在所述存儲(chǔ)器上并可在所述處理器上運(yùn)行的程序，所述程序被所述處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)如權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述的低濃度瓦斯燃燒控制方法。

10.一種計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，其特征在于，所述計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)上存儲(chǔ)程序或指令，所述程序或指令被處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)如權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述的低濃度瓦斯燃燒控制方法。

技術(shù)總結(jié)
本申請公開了一種低濃度瓦斯燃燒控制方法、裝置、電子設(shè)備及存儲(chǔ)介質(zhì)，該控制方法包括采集低濃度瓦斯燃燒過程的第一數(shù)據(jù)，構(gòu)建矩陣并按預(yù)設(shè)程序進(jìn)行矩陣運(yùn)算，以得到第一目標(biāo)數(shù)據(jù)，將設(shè)備模塊的各項(xiàng)實(shí)體參數(shù)和第一目標(biāo)數(shù)據(jù)包含的各項(xiàng)指標(biāo)數(shù)據(jù)信息映射至信息空間，以構(gòu)建數(shù)字孿生體模型，在第一目標(biāo)數(shù)據(jù)滿足預(yù)設(shè)閾值的情況下，采集低濃度瓦斯燃燒過程中的第二數(shù)據(jù)，基于數(shù)字孿生體模型對(duì)第二數(shù)據(jù)進(jìn)行分析得到模擬數(shù)據(jù)信息。本申請通過從發(fā)電機(jī)組設(shè)備模塊中采集數(shù)據(jù)，來建立數(shù)字孿生體模型，數(shù)字孿生體模型能夠?qū)Σ杉膶?shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析并高逼真度地模擬燃燒過程，在虛擬環(huán)境中模擬不同的工況和燃燒條件，以預(yù)測性能和安全性。

技術(shù)研發(fā)人員：楊俊輝,鄭曉亮,苗常盛,程王峰,馬中成,薛生,楊君廷,王孝敏
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中煤（天津）地下工程智能研究院有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6