一种低浓度瓦斯燃烧控制方法、装置、电子设备及存储介质与流程

本申请涉及瓦斯燃烧，特别涉及一种低浓度瓦斯燃烧控制方法、装置、电子设备及存储介质。

背景技术：

1、瓦斯发电作为主流的发电方式之一，有着极为突出的发电优势，其不仅可以很好的减少煤矿瓦斯事故的发生，还能显著地改善煤矿的生产条件，并能从一定角度上增加洁净能源的供应，以此来起到保护环境的作用。瓦斯发电机一般适用于高浓度的瓦斯，一旦瓦斯浓度无法维持一定的浓度，发电的效率和安全性将严重降低。随着技术的发展，当前的瓦斯发电机组已经能够实现对处于3％-9％的低浓度瓦斯的直接利用，从而提高瓦斯的利用率，减小低浓度瓦斯的浪费和污染；但是低浓度瓦斯在直接燃烧的过程中仍存在一定的风险，为提高低浓度瓦斯发电的安全性，需要对低浓度瓦斯直接燃烧机组的运行过程进行实时监测。

2、相关技术中，瓦斯燃烧机组的监测采用视频监控系统和plc控制系统结合的方式；视频监控系统主要进行视觉监测，无法提供与气体浓度、温度和压力等实时数据相关的信息，难以实时调整燃烧参数以应对变化的条件；plc控制系统用于自动化控制，缺乏复杂的逻辑和智能反应，难以适应低浓度瓦斯的环境条件，无法在虚拟环境中模拟不同的工况和燃烧条件，以预测性能和安全性，也不具备数据分析和优化功能，这使得低浓度瓦斯直接燃烧机组难以优化燃烧参数以提高能源利用率并降低排放。

技术实现思路

1、本申请实施例提供一种低浓度瓦斯燃烧控制方法、装置、电子设备及存储介质，能够利用数字孪生技术创建实际系统的数字模型，允许实时模拟和优化燃烧过程。

2、第一方面，本申请实施例提供了一种低浓度瓦斯燃烧控制方法，该方法包括：采集低浓度瓦斯在发电机组的设备模块中燃烧的第一数据，第一数据用于表征低浓度瓦斯燃烧过程中的温度、压强、浓度和液位等指标信息；基于第一数据构建矩阵并按预设程序进行矩阵运算，以对第一数据进行清洗和标准化处理，得到第一目标数据；将设备模块的各项实体参数和第一目标数据包含的各项指标数据信息映射至信息空间，以构建数字孪生体模型，数字孪生体模型能够表征设备模块的运行状态信息；在第一目标数据满足预设阈值的情况下，采集低浓度瓦斯燃烧过程中的第二数据；基于数字孪生体模型对第二数据进行分析，得到与设备模块当前的燃烧过程对应的模拟数据信息。

3、根据本申请实施例的第一方面，在基于第一数据构建矩阵并按预设程序进行矩阵运算，以对第一数据进行清洗和标准化处理，得到第一目标数据之后，该方法还包括：将第一目标数据划分为多个包含相同元素数量的数据组，得到输入样本，并将输入样本划分为训练集、验证集和测试集；以训练集的均方误差作为损失函数，采用随机梯度下降优化器对初始模型进行训练，得到第一序列模型以及与第一序列模型对应的超参数信息；基于验证集对第一序列模型进行验证，对超参数信息进行选择，以确定第二序列模型；基于测试集对第二序列模型进行验证和调整，确定时间序列模型，时间序列模型用于对低浓度瓦斯燃烧过程中的实时数据进行诊断，以判断低浓度瓦斯燃烧是否处于正常运行状态。

4、根据本申请实施例的第一方面，前述初始模型为lstm模型，lstm模型包含遗忘门、输入门、输出门以及一个状态单元。

5、根据本申请实施例的第一方面，将设备模块的各项实体参数和第一目标数据包含的各项指标数据信息映射至信息空间，以构建数字孪生体模型，包括：将设备模块的实体尺寸映射至信息空间并进行网格化处理，得到多个控制体；基于瓦斯燃烧过程中的质量守恒、动量守恒以及能量守恒，根据第一目标数据中的指标信息对多个控制体进行物理建模和化学建模，得到初始孪生模型；选取比例积分微分控制器，采用一阶滞后系统对传感器和执行器进行建模来描述传感器和执行器的动态行为，得到目标孪生模型以进行控制系统集成来维持燃烧过程的稳定性；对初始孪生模型和目标孪生模型进行数字化组合，得到数字孪生体模型。

6、根据本申请实施例的第一方面，基于数字孪生体模型对第二数据进行分析，得到与设备模块当前的燃烧过程对应的模拟数据信息，包括：基于数字孪生体模型，使用计算流体动力学软件对第二数据进行分析，得到连续的守恒方程；向连续的守恒方程添加初始条件、对流边界条件和热边界条件，其中，初始条件为一个稳态解或经验估计值，热边界条件为固定温度或热流；使用有限体积法将连续方程离散化为代数方程，并基于压力耦合方程组的半隐式方法来求解离散化后的代数方程，得到模拟数据信息。

7、根据本申请实施例的第一方面，在基于数字孪生体模型对第二数据进行分析，得到与设备模块当前的燃烧过程对应的模拟数据信息之后，该方法还包括：从模拟数据信息中提取与温度分布、压力分布、速度场以及瓦斯浓度等各项物理参数相关的第二目标数据；基于可视化软件和第二目标数据，对各项物理参数创建视觉映射，得到第一可视化信息；根据第一可视化信息创建三维温度场，并对三维温度场添加时间轴控制、视图旋转和视图缩放等交互功能，得到可视化模块。

8、根据本申请实施例的第一方面，在根据第一可视化信息创建三维温度场，并对三维温度场添加时间轴控制、视图旋转和视图缩放等交互功能，得到可视化模块之后，该方法还包括：采集不同时刻下的低浓度瓦斯燃烧信息，并基于可视化模块确定对应时刻的模拟可视信息；将低浓度瓦斯燃烧信息与模拟可视信息进行比对，得到显示偏差；基于显示偏差，调整可视化模块中的视图参数，视图参数包括色彩方案、透明度和图形布局中的至少一者。

9、第二方面，本申请实施例提供了一种低浓度瓦斯燃烧控制装置，该装置包括采集模块、清洗模块、映射模块和分析模块，该采集模块用于采集低浓度瓦斯在发电机组的设备模块中燃烧的第一数据；该清洗模块用于基于第一数据构建矩阵并按预设程序进行矩阵运算，以对第一数据进行清洗和标准化处理，得到第一目标数据；该映射模块用于将设备模块的各项实体参数和第一目标数据包含的各项指标数据信息映射至信息空间，以构建数字孪生体模型；前述采集模块还用于在第一目标数据满足预设阈值的情况下，采集低浓度瓦斯燃烧过程中的第二数据；该分析模块用于基于数字孪生体模型对第二数据进行分析，得到与设备模块当前的燃烧过程对应的模拟数据信息。

10、第三方面，本申请实施例提供了一种电子设备，该电子设备包括处理器、存储器及存储在存储器上并可在处理器上运行的程序，程序被处理器执行时实现前述第一方面中的低浓度瓦斯燃烧控制方法。

11、第四方面，本申请实施例提供了一种可读存储介质，可读存储介质上存储程序或指令，程序或指令被处理器执行时实现前述第一方面中的低浓度瓦斯燃烧控制方法的步骤。

12、本申请实施例提供的一种低浓度瓦斯燃烧控制方法、装置、电子设备及存储介质，该方法通过从发电机组设备模块中采集数据，来建立数字孪生体模型和时间序列模型；数字孪生体模型能够对采集的实时数据进行分析并高逼真度地模拟燃烧过程，在虚拟环境中模拟不同的工况和燃烧条件，以预测性能和安全性；时间序列模型能够基于实时数据对设备模块进行远程维护和故障诊断，进而通过优化燃烧参数以提高能源利用率并降低排放。

技术特征：

1.一种低浓度瓦斯燃烧控制方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的低浓度瓦斯燃烧控制方法，其特征在于，所述将所述设备模块的各项实体参数和所述第一目标数据包含的各项指标数据信息映射至信息空间，以构建数字孪生体模型，包括：

3.根据权利要求1所述的低浓度瓦斯燃烧控制方法，其特征在于，在所述基于所述第一数据构建矩阵并按预设程序进行矩阵运算，以对所述第一数据进行清洗和标准化处理，得到第一目标数据之后，所述方法还包括：

4.根据权利要求3所述的低浓度瓦斯燃烧控制方法，其特征在于，所述初始模型为lstm模型，所述lstm模型包含遗忘门、输入门、输出门以及一个状态单元。

5.根据权利要求1所述的低浓度瓦斯燃烧控制方法，其特征在于，所述基于所述数字孪生体模型对所述第二数据进行分析，得到与设备模块当前的燃烧过程对应的模拟数据信息，包括：

6.根据权利要求1所述的低浓度瓦斯燃烧控制方法，其特征在于，在所述基于所述数字孪生体模型对所述第二数据进行分析，得到与设备模块当前的燃烧过程对应的模拟数据信息之后，所述方法还包括：

7.根据权利要求6所述的低浓度瓦斯燃烧控制方法，其特征在于，在所述根据所述第一可视化信息创建三维温度场，并对所述三维温度场添加时间轴控制、视图旋转和视图缩放等交互功能，得到可视化模块之后，所述方法还包括：

8.一种低浓度瓦斯燃烧控制装置，其特征在于，包括：

9.一种电子设备，其特征在于，包括：处理器、存储器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的程序，所述程序被所述处理器执行时实现如权利要求1至7中任一项所述的低浓度瓦斯燃烧控制方法。

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程序或指令，所述程序或指令被处理器执行时实现如权利要求1至7中任一项所述的低浓度瓦斯燃烧控制方法。

技术总结本申请公开了一种低浓度瓦斯燃烧控制方法、装置、电子设备及存储介质，该控制方法包括采集低浓度瓦斯燃烧过程的第一数据，构建矩阵并按预设程序进行矩阵运算，以得到第一目标数据，将设备模块的各项实体参数和第一目标数据包含的各项指标数据信息映射至信息空间，以构建数字孪生体模型，在第一目标数据满足预设阈值的情况下，采集低浓度瓦斯燃烧过程中的第二数据，基于数字孪生体模型对第二数据进行分析得到模拟数据信息。本申请通过从发电机组设备模块中采集数据，来建立数字孪生体模型，数字孪生体模型能够对采集的实时数据进行分析并高逼真度地模拟燃烧过程，在虚拟环境中模拟不同的工况和燃烧条件，以预测性能和安全性。技术研发人员：杨俊辉,郑晓亮,苗常盛,程王峰,马中成,薛生,杨君廷,王孝敏受保护的技术使用者：中煤（天津）地下工程智能研究院有限公司技术研发日：技术公布日：2025/1/6