[发明专利]基于高温高压电制热固态储热的矿井防冻送风系统及方法

权利要求书

1.一种基于高温高压电制热固态储热的矿井防冻送风系统，其特征在于：该系统包括高温高压电制热固态储热装置(1)、风风换热器(2)、变频风机(3)、混风站(6)和设置在混风站(6)内的混风装置(7)；

高温高压电制热固态储热装置(1)通过送风管路(5)连接至混风站(6)内的混风装置(7)，混风装置(7)连接至斜井入口(14)；

混风装置(7)包括引风机(15)、静压箱(16)、混风器(17)、送风机(18)和分风器(19)；引风机(15)连接静压箱(16)，静压箱(16)连接混风器(17)，混风器(17)连接送风机(18)，送风机(18)连接分风器(19)；

混风站(6)上设置有供引风机(15)引入冷风的引风窗(13)；

混风器(17)的侧壁设置有多个用于将热风导进混风器(17)内腔的喷孔(22)，送风管路(5)包括热风送风管路(20)和冷风送风管路(23)，热风送风管路(20)的一端连接至风风换热器(2)的低温侧，另一端与混风器(17)的喷孔(22)连通，混风器(17)内腔与送风机(18)和静压箱(16)连接，分风器(19)的分为两支送风管路，一支送风管路与冷风送风管路(23)连通，另一支与斜井入口(14)连通。

2.根据权利要求1所述的一种基于高温高压电制热固态储热的矿井防冻送风系统，其特征在于：高温高压电制热固态储热装置(1)与混风站(6)之间的距离不小于20m。

3.根据权利要求2所述的一种基于高温高压电制热固态储热的矿井防冻送风系统，其特征在于：混风器(17)包括内腔和外腔，内腔的壁上设置有喷孔(22)，内腔和外腔通过喷孔(22)连通，热风送风管路(20)与外腔连通。

4.利用权利要求1所述的一种基于高温高压电制热固态储热的矿井防冻送风系统所实施的基于高温高压电制热固态储热的矿井防冻送风控制方法，其特征在于：该方法利用高温高压电制热固态储热装置(1)作为热源供热，通过风风换热器(2)将供热循环的暖风通过热风送风管路(20)及喷孔(22)送至混风器(17)内腔，在混风器(17)内腔与引风机(15)引入至混风器(17)内腔的冷风混合，热风气流流速高于中心冷风气流，能与中心冷风气流充分混合，混合后气流的气流量增大，形成暖风气流，经送风机(18)送入分风器(19)；暖风气流经过分风器(19)分风作用后，一部分经由冷风送风管路(23)返回风风换热器(2)的低温侧，其余暖风气流吹向斜井入口(14)，对矿井进行供暖。

5.根据权利要求4所述的基于高温高压电制热固态储热的矿井防冻送风控制方法，其特征在于：从风风换热器(2)出来的供热循环的暖风的温度为30～40℃。

6.根据权利要求5所述的基于高温高压电制热固态储热的矿井防冻送风控制方法，其特征在于：所述送风控制方法包括斜井入口的暖风的温度控制方法，具体为：

将引风窗(13)引入的冷风的冷风温作为可测干扰加入前馈补偿，并实时调整前馈补偿器模型G_f(s^-1)，应对系统运行状态的变化；当系统扰动仅为冷风温时，其送风温度T_p(t)表达式为：

T_p(t)＝G_f(s^-1)G_r(s^-1)G_h(s^-1)T_i(t)+G_d(s^-1)T_i(t) (1)

其中，G_r(s^-1)为蓄热供暖系统模型，G_h(s^-1)为混风供暖系统模型，G_d(s^-1)为进风扰动模型；当冷风温T_i(t)发生变化时，要达到送风温度T_p(t)没有变化，则：

T_p(t)＝G_f(s^-1)G_r(s^-1)G_h(s^-1)T_i(t)+G_d(s^-1)T_i(t)＝0 (2)

由此，得前馈补偿模型为：

将蓄热供暖系统模型G_r(s^-1)，混风供暖系统模型G_h(s^-1)合并为混风供热系统G_w(s^-1)，则混风供热系统G_w(s^-1)和进风扰动模型G_d(s^-1)分别为：

式中，f(t)为变频风机频率，K₁(s^-1)、K₂(s^-1)、K₃(s^-1)为静态增益，τ为系统迟滞系数，且：

a₁、a₂、a_na为静态增益K₁(s^-1)的系统在线辨识初值，b₀、b₁、b₂、b_nb为静态增益K₂(s^-1)的系统在线辨识初值，c₁、c₂、c_nc为静态增益K₃(s^-1)的系统在线辨识初值，n_a、n_b、n_c分别表示多项式K₁(s^-1)、K₂(s^-1)、K₃(s^-1)的阶数；

根据混风供热系统G_w(s^-1)和进风扰动模型G_d(s^-1)，得送风温度T_p(t)为：

ξ(t)为系统辨识误差，选择采样周期k，则t＝kε，ε表示系统的采样时刻，将(7)式改写成：

省略k，则上式表示为：

式中，为系统参数观测值，θ为系统参数估计值：

送风温度T_p(ε)的辨识值表示为：

其中：为ε时刻系统输出的辨识值，为ε-1时刻的系统参数估计值；

辨识误差定义为：

采用引入遗忘因子μ的最小二乘算法对系统参数进行辨识，其公式为：

K(ε)为前馈补偿增益，P(ε)为的协方差阵，P(ε)的初始值P(0)设定为10³I，I为单位矩阵，用于快速补偿参数辨识初始值的不确定性。