[发明专利]基于负荷预测的压缩空气系统优化控制方法

权利要求书

1.一种基于负荷预测的压缩空气系统优化控制方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤一，压缩空气的建模及参数辨识：

步骤二，利用BP神经网络建立短期供气负荷预测模型，以一周的负荷数据对模型进行训练，预测接下来24小时内每30min的供气负荷；

步骤三、以压缩机组全天运行费用最小为目标，综合考虑压缩机组的运行能耗和启动能耗，以基准运行的限制条件为约束，建立优化控制模型并采用动态规划法进行求解。

2.根据权利要求1所述的基于负荷预测的压缩空气系统优化控制方法，其特征在于，步骤一中，具体步骤如下：

第一步，建立压缩比模型：

气体压缩以等温过程耗功最少，绝热过程耗功最多，多变压缩过程则是介于二者之间，因此应尽量使压缩过程中气体的温度变化最小，同时因为压缩机的容积效率是随着单级压缩比的增大而减小的，所以通常采用分级压缩、中间冷却的方法；

选择不同的压缩比时，整个压缩过程消耗的功不一样，对于z级压缩，各级压缩比相等时耗功最小，即：

式中，ε为单级压缩的压缩比；p₁为进气压力，MPa；p_z+1为压缩终了的压力，MPa；z为压缩机级数；

第二步，建立实际排气量模型：

空压机的理论容积流量与很多因素有关，多级压缩时活塞式压缩机理论排气量为：

式中，Q_l为理论排气量，m³/min；D为一级气缸的直径，m；S为活塞的行程，m；t为同级气缸的数量；N为曲轴转速，r/min；

从理论上讲，压缩机的排气量就是进入一级气缸的气量，进入的多，排出的也就多；但在实际情况下，压缩机的排气量会受到进气压力、气缸的余隙容积、级间泄漏等因素的影响，气缸有效容积减小，实际排气量并不能达到理论排气量。这些实际因素对实际排气量的影响可用容积效率λ来表征；

压缩机的容积效率为容积系数、压力系数、温度系数以及气密系数的乘积，即：

λ＝λ_vλ_pλ_tλ_l

式中，λ为容积效率，λ_v为容积系数，λ_p为压力系数，λ_t为温度系数，λ_l为气密系数；

活塞式空压机实际排气量Q等于理论排气量与容积效率的乘积，即：

Q＝λ_vλ_pλ_tλ_lQ_l＝λQ_l

式中，Q为实际排气量，m³/min；Q_l为理论排气量，m³/min；

第三步，建立压缩机功率模型：

气体被压缩的过程是非常迅速的，与外界的热传递很少，因此实际的压缩过程均趋于绝热。多级压缩时，压缩机的绝热功率可按下式计算：

式中，P_ad——绝热功率，kW；

p_i、p_d——进气、排气压力，bar；

κ——气体的绝热指数，对于氮气，κ＝1.4；

z——压缩级数。

由于机械损失(如摩擦损失、泄漏损失)的存在，压缩机实际工作时的功率要大于绝热功率，二者之间的关系可通过绝热效率来衡量，绝热效率为压缩机的绝热功率与轴功率的比值。因此实际功率为：

式中，P为实际功率，kW；η为压缩机的绝热效率。