CN210264931U - 基于智能云的沼气发电机组控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了基于智能云的沼气发电机组控制系统，涉及发电机组控制装置领域；其包括通过智能网关连接云计算控制中心的发电机组控制装置，控制装置包括检测发电机组运行参数的传感器组、控制器和发电机组控制单元；发电机组控制单元包括分别与控制器连接的空燃比控制单元、转速控制单元、点火控制单元、并网控制单元和余热回收控制单元；本实用新型解决现有控制参数固定无法根据沼气成分、运行功率等变化进行更改，导致运行电效率和热效率低的问题，实现沼气发电机组的自动化、智能化和无人化，提高了沼气发电机组的综合电效率和热效率，减少故障和维护运营。

Description

基于智能云的沼气发电机组控制系统

技术领域

本实用新型涉及发电机组控制装置领域，尤其是基于智能云的沼气发电机组控制系统。

背景技术

沼气的主要成分甲烷，无色无味，是一种具有绿色、低碳、清洁的可再生能源。2016年国家能源局发布《生物质能发展“十三五”规划》，已将沼气提升到国家能源战略的高度。加上国家对环保问题更加重视，也加大对沼气发展的扶持力度，沼气生产得到迅速发展。畜禽粪便、植物(小麦、玉米等)秸秆、餐厨垃圾、生活垃圾和有机废水等均是生产沼气的原料。原料不同，加上我国沼气工程技术水平良莠不齐，导致沼气中甲烷含量有很大差别，含量最小值为30％，含量最大值为70％，这也影响沼气的有效利用。

沼气发电是沼气有效利用的最重要的途径之一。当前我国专门针对沼气开发的发电机组很少，大多数柴油机组改造而成或者天然气机组直接使用。沼气发电机组整体技术水平不高，导致沼气发电机组综合电效率和热效率低，设备故障率高，运营和维护费用高。沼气发电机组大多无法实现通过智能手机等移动端远程监控机组运行，要安排专门人员值守。发电机组厂家在出厂调试时往往用天燃气标定(甲烷含量94％以上)，实际运行时沼气中甲烷含量低且后期可能变化很大，发电功率也常常变化很大，这些因素都制约发电机组运行，导致发电机组控制系统控制水平低，综合运行电效率和热效率不高，另一方面，也无法通过远程监控机组运行数据和视频信息，无法远程调整控制策略及参数，导致控制效率低。

实用新型内容

本实用新型的目的在于：本实用新型提供了基于智能云的沼气发电机组控制系统，解决现有控制参数固定无法根据沼气成分、运行功率等变化进行更改，导致运行电效率和热效率低的问题。

本实用新型采用的技术方案如下：

基于智能云的沼气发电机组控制系统，包括通过智能网关连接云计算控制中心的发电机组控制装置，所述控制装置包括检测发电机组运行参数的传感器组、控制器和发电机组控制单元；

所述发电机组控制单元包括空燃比控制单元、转速控制单元、点火控制单元、并网控制单元和余热回收控制单元，所述空燃比控制单元、转速控制单元、点火控制单元、并网控制单元和余热回收控制单元分别连接控制器。

优选地，所述传感器组包括甲烷含量传感器、流量传感器、温度传感器、压力传感器、转速传感器、氧传感器、凸轮轴位置传感器、电流传感器和电压传感器，所述甲烷含量传感器、流量传感器、温度传感器、压力传感器、转速传感器、氧传感器、凸轮轴位置传感器、电流传感器和电压传感器分别连接控制器，实现运行参数检测。

优选地，所述空燃比控制单元包括混合器阀门，所述混合器阀门连接控制器，通过控制混合器阀门开度实现发动机空燃比控制。

优选地，所述转速控制单元包括电子节气门，所述电子节气门连接控制器，实现发动机转速控制。

优选地，所述点火控制单元包括点火线圈，所述控制器连接点火线圈，通过控制点火线圈的点火角度、点火时间和点火顺序实现点火控制。

优选地，所述并网控制单元包括市电断路器、发电断路器和调压板，所述市电断路器、发电断路器和调压板与控制器连接，通过控制市电断路器和发电断路器的通断、调压板结合转速控制实现并网控制。

优选地，所述余热回收控制单元包括调节阀和热水循环泵，所述调节阀和热水循环泵连接控制器，通过控制调节阀开度和热水循环泵实现余热回收控制。

优选地，所述智能网关通过有线或者无线连接云计算控制中心，所述云计算控制中心连接远程监控端和可移动终端，可移动终端包括手机或者平板电脑。

优选地，还包括通过与云计算控制中心连接的网络摄像头。

优选地，还包括与控制器连接的工控计算机，实现本地显示运行参数和本地操作。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本实用新型的有益效果是：

1.本实用新型通过采集沼气发电机组各种运行数据(沼气甲烷含量、运行功率、发动机转速、空燃比、燃气消耗流量等数据)，通过智能控制和大数据技术逐步优化机组控制策略及参数，可将不同运行条件(如不同运行功率、不同的甲烷含量等)的发电机组控制到最优状态，通过控制沼气与空气混合器开度从而实现发动机空燃比控制，通过控制高速节气门开度实现发动机转速控制，通过控制各缸点火角度、点火时间和点火顺序实现发动机点火控制，通过控制市电断路器通断、发电断路器通断、发电机调压板同转速控制一起实现发电机组并网控制，通过余热回收单元冷/热水阀门开度、散热器风扇通断和热水循环泵等实现余热回收控制；解决现有控制参数固定无法根据沼气成分、运行功率等变化进行更改，导致运行电效率和热效率低的问题，实现沼气发电机组的自动化、智能化和无人(值守)化，提高了沼气发电机组的综合电效率和热效率，减少故障和维护运营；

2.本实用新型设置PC端或智能手机和摄像头，实现机组运行全面监控，最大限度地保障发电机组的运行安全，能通过云平台将优化后的控制策略及参数移植到相同发电机组中，减少沼气发电机组调试时间和成本；

3.本实用新型能对发电机组进行热量平衡分析，对发电机组余热回收单元进行智能化控制，对机组余热进行最大程度回收，做到热电联产；

4.本实用新型发电机组并网运行时能对电网数据、发电数据和负载数据进行分析，对并网过程进行智能化控制；当电网故障时自动与电网解列转孤岛运行，如果负载功率大于发电机组额定功率自动切除非重要负荷保证发电机组安全、稳定运行，电网恢复正常时自动同期并网运行，对发电机组潜在运行故障进行预分析和预报警，可大大降低发电机组故障率，降低停机时间。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本实用新型的系统框图；

图2为本实用新型的控制系统连接图；

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型，即所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

需要说明的是，术语“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以下结合实施例对本实用新型的特征和性能作进一步的详细描述。

实施例1

基于智能云的沼气发电机组控制系统，包括通过智能网关连接云计算控制中心的发电机组控制装置，控制装置包括检测发电机组运行参数的传感器组、控制器和发电机组控制单元；发电机组控制单元包括空燃比控制单元、转速控制单元、点火控制单元、并网控制单元和余热回收控制单元，空燃比控制单元、转速控制单元、点火控制单元、并网控制单元和余热回收控制单元分别连接控制器。

传感器组包括甲烷含量传感器、流量传感器、温度传感器、压力传感器、转速传感器、氧传感器、凸轮轴位置传感器、电流传感器和电压传感器，甲烷含量传感器、流量传感器、温度传感器、压力传感器、转速传感器、氧传感器、凸轮轴位置传感器、电流传感器和电压传感器分别连接控制器，实现沼气甲烷含量、运行功率、发动机转速、空燃比、燃气消耗流量等运行参数检测。

控制器采用PLC控制器或者单片机，PLC控制器的型号为SIEMENS S7 1214c；温度传感器传感器型号为323-801-001-010N、压力传感器型号为360-081-029-026、转速传感器型号为MSP6720、电流传感器和电压传感器采用inteliGen200、甲烷含量传感器型号为Gasboard-9060、流量传感器型号为热式流量计FCTMF、氧传感器型号为0258007351、凸轮轴位置传感器型号为0281002315。本领域技术人员根据本申请记载的型号和附图可清楚、完整地实现本申请技术方案对应的电路连接(本领域技术人员根据型号得知功能引脚，获取各器件的连接关系)，本实施例提供器件以上一种型号，记载本申请的电路连接，型号根据具体要求选定，不限于以上型号。

针对我国当前沼气发电机组整体控制水平低，综合运行电效率和热效率不高，无法通过远程监控机组运行数据和视频信息，无法远程调整控制策略及参数等问题，本实用新型提供了一种基于智能云的沼气发电机组控制系统，云平台实时采集沼气发电机组运行数据，特别是沼气甲烷含量、运行功率、发动机转速、空燃比、燃气消耗流量等数据，通过智能控制和大数据逐步优化机组控制策略及参数，可将不同运行条件(如不同运行功率、不同的甲烷含量等)的发电机组控制到最优状态，即进行空燃比控制、转速控制、点火控制、并网控制和余热回收控制，达到最优的电效率和热效率，另外实现全功率段的真正稀薄燃烧并能有效避免爆震，减少沼气发电机组尾气对环境的污染。对发电机组进行热量平衡分析，对发电机组余热回收单元进行智能化控制，对机组余热进行最大程度回收，做到热电联产。

发电机组孤岛运行时系统可对负载变化规律和变化趋势进行分析，可进沼气进气进行超前控制，减小频繁加、减负荷对发电机组的冲击，造成运行不稳定。发电机组并网运行时能对电网数据、发电数据和负载数据进行分析，对并网过程进行智能化控制。当电网故障时自动与电网解列转孤岛运行，如果负载功率大于发电机组额定功率自动切除非重要负荷保证发电机组安全、稳定运行。电网恢复正常时自动同期并网运行。对发电机组潜在运行故障进行预分析和预报警，可大大降低发电机组故障率，降低停机时间。

综上，本实用新型解决现有控制参数固定无法根据沼气成分、运行功率等变化进行更改，导致运行电效率和热效率低的问题，根据参数变化动态优化空燃比控制、转速控制、点火控制、并网控制和余热回收控制，进行实现沼气发电机组的自动化、智能化和无人(值守)化，提高了沼气发电机组的综合电效率和热效率，减少故障和维护运营。

实施例2

基于实施例1，本实用新型细化空燃比控制、转速控制、点火控制、并网控制和余热回收控制，细节如下：

空燃比控制单元包括混合器阀门，混合器阀门连接控制器，通过控制混合器阀门开度实现发动机空燃比控制。

转速控制单元包括电子节气门，电子节气门连接控制器，实现发动机转速控制。

点火控制单元包括点火线圈，控制器连接点火线圈，通过控制点火线圈的点火角度、点火时间和点火顺序实现点火控制。

并网控制单元包括市电断路器、发电断路器和调压板，市电断路器、发电断路器和调压板与控制器连接，通过控制市电断路器和发电断路器的通断、调压板结合转速控制实现并网控制。

余热回收控制单元包括调节阀和热水循环泵，调节阀和热水循环泵连接控制器，通过控制调节阀开度和热水循环泵实现余热回收控制。

在沼气发电机组上设置控制器，通过甲烷含量检测仪、压力温度传感器、流量变送器、转速传感器、机油压力传感器、氧传感器、凸轮轴位置传感器和温度变送器等采集沼气发电机组运行数据。控制器连接的工控计算机实现运行数据本地显示及本地操作；控制器通过智能网关连接至云平台，实时将沼气发电机组运行数据上传至云端；云平台运用智能控制和大数据实时解析沼气发电机组运行状态并逐步优化机组控制策略及参数(基本流程为：将运行数据进行组合编码生成染色体个体；选取数据库中运行数据生成初始种群，确定空燃比三个指标的适应度函数、惩罚因素、遗传算子后进行迭代，获取最佳结果，并解码结果控制发电机组运行，在此不进行赘述)，优化后的控制策略及参数通过网络下传至发电机组控制器，沼气发电机组控制器经过相应控制算法，通过控制沼气与空气混合器开度从而实现发动机空燃比控制；通过控制节气门开度实现发动机转速控制；通过控制各缸点火线圈的点火角度、点火时间和点火顺序实现发动机点火控制；通过控制市电断路器通断、发电断路器通断、发电机调压板同转速控制一起实现发电机组并网控制；通过余热回收单元冷/热水阀门开度、散热器风扇通断和热水循环泵等实现余热回收控制；发电机组旁安装网络摄像头通过网络连接至云平台实时上传视频信息；本系统设置可移动终端，可随时随地通过PC端或智能手机实现发电机组运行全面监控，包括开启、关闭机组。云平台完成数据分析、优化控制策略及参数，具体控制由机组本地控制器完成。当网络故障时，机组本地控制器可根据当前已固化的控制策略及参数独立完成发电机组控制功能。

通过采集沼气发电机组各种运行数据，利用智能云进行大数据分析，使用最优控制方法，实现对沼气发电机组的智能控制，实现沼气发电机组的自动化、智能化和无人(值守)化，提高了沼气发电机组的综合电效率和热效率，减少故障和维护运营。同时，可随时随地通过PC端或智能手机实现机组运行全面监控，最大限度地保障发电机组的运行安全；能通过云平台将优化后的控制策略及参数移植到相同发电机组中，减少沼气发电机组调试时间和成本。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.基于智能云的沼气发电机组控制系统，包括通过智能网关连接云计算控制中心的发电机组控制装置，其特征在于：所述控制装置包括检测发电机组运行参数的传感器组、控制器和发电机组控制单元；

所述发电机组控制单元包括空燃比控制单元、转速控制单元、点火控制单元、并网控制单元和余热回收控制单元，所述空燃比控制单元、转速控制单元、点火控制单元、并网控制单元和余热回收控制单元分别连接控制器。

2.根据权利要求1所述的基于智能云的沼气发电机组控制系统，其特征在于：所述传感器组包括甲烷含量传感器、流量传感器、温度传感器、压力传感器、转速传感器、氧传感器、凸轮轴位置传感器、电流传感器和电压传感器，所述甲烷含量传感器、流量传感器、温度传感器、压力传感器、转速传感器、氧传感器、凸轮轴位置传感器、电流传感器和电压传感器分别连接控制器，实现运行参数检测。

3.根据权利要求1所述的基于智能云的沼气发电机组控制系统，其特征在于：所述空燃比控制单元包括混合器阀门，所述混合器阀门连接控制器，通过控制混合器阀门开度实现发动机空燃比控制。

4.根据权利要求1所述的基于智能云的沼气发电机组控制系统，其特征在于：所述转速控制单元包括电子节气门，所述电子节气门连接控制器，实现发动机转速控制。

5.根据权利要求1所述的基于智能云的沼气发电机组控制系统，其特征在于：所述点火控制单元包括点火线圈，所述控制器连接点火线圈，通过控制点火线圈的点火角度、点火时间和点火顺序实现点火控制。

6.根据权利要求1所述的基于智能云的沼气发电机组控制系统，其特征在于：所述并网控制单元包括市电断路器、发电断路器和调压板，所述市电断路器、发电断路器和调压板与控制器连接，通过控制市电断路器和发电断路器的通断、调压板结合转速控制实现并网控制。

7.根据权利要求1所述的基于智能云的沼气发电机组控制系统，其特征在于：所述余热回收控制单元包括调节阀和热水循环泵，所述调节阀和热水循环泵连接控制器，通过控制调节阀开度和热水循环泵实现余热回收控制。

8.根据权利要求1所述的基于智能云的沼气发电机组控制系统，其特征在于：所述智能网关通过有线或者无线连接云计算控制中心，所述云计算控制中心连接远程监控端和可移动终端，可移动终端包括手机或者平板电脑。

9.根据权利要求1所述的基于智能云的沼气发电机组控制系统，其特征在于：还包括通过与云计算控制中心连接的网络摄像头。

10.根据权利要求1所述的基于智能云的沼气发电机组控制系统，其特征在于：还包括与控制器连接的工控计算机，实现本地显示运行参数和本地操作。

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