[发明专利]光沼互补系统及其最大产气点跟踪控制方法

权利要求书

1.一种光沼互补系统最大产气点跟踪控制方法，其特征在于，应用于光沼互补系统，所述光沼互补系统包括太阳能集热器、沼气池、最大生产点跟踪控制器、水泵、分层蓄热水箱、节流阀和换热盘管，所述太阳能集热器与所述分层蓄热水箱连通，所述水泵设置在所述分层蓄热水箱内，且所述水泵与所述分层蓄热水箱的出口端连接，所述换热盘管设置在所述沼气池的内壁上，所述分层蓄热水箱的出口端、所述节流阀、所述换热盘管和所述分层蓄热水箱的进口端依次连接，所述沼气池与所述最大生产点跟踪控制器信号连接；所述光沼互补系统最大产气点跟踪控制方法，包括如下步骤：

根据所述光沼互补系统，建立沼气动态生产过程中相关设备模型和沼气动态生产模型；

根据所述沼气动态生产过程中相关设备模型和所述沼气动态生产模型建立滚动优化模型，包括：根据所述沼气动态生产过程中相关设备模型和所述沼气动态生产模型建立滚动优化目标函数；根据所述滚动优化目标函数，建立滚动优化约束条件；根据所述优化目标函数和所述滚动优化约束条件，建立所述滚动优化模型；

获取所述光沼互补系统所在位置的气象信息，根据所述滚动优化模型和所述气象信息，计算下一控制域的产气量预测值和控制计划，其中，所述气象信息包括太阳辐能和环境温度；

获取所述控制计划实施后当前控制域的所述沼气池的产气量实际值，根据所述产气量实际值对当前所述控制域的下一所述控制域的所述产气量预测值和控制计划进行校正，以使所述沼气池的下一所述控制域的所述产气量实际值接近所述沼气池产量的最大值；

所述根据所述光沼互补系统，建立沼气动态生产过程中相关设备模型和沼气动态生产模型的步骤，包括：

根据所述光沼互补系统，建立太阳能集热器热交换模型和分层蓄热水箱动态模型；

根据所述光沼互补系统，基于流体动力学建立节流阀模型；

根据所述光沼互补系统，建立沼气池的热路模型；

根据所述太阳能集热器热交换模型、所述分层蓄热水箱动态模型、所述节流阀模型和所述沼气池的热路模型建立沼气动态生产模型；

所述基于流体动力学建立节流阀模型的步骤，包括：

建立节流阀的流速与所述节流阀的进出口压强的函数关系；

建立节流阀的约束条件；

根据所述的流速与所述节流阀的进出口压强的函数关系和所述节流阀模型的约束条件，建立节流阀模型；

其中，节流过程为等焓过程，k时刻节流阀流速与其进出口压强存在如下关系：

；

模型约束条件为：

；

；

；

式中：表示k时刻节流阀流速；表示节流阀流量系数；表示k时刻节流阀的节流面积；表示水的密度；和分别依次表示k时刻节流阀入口处水流压强和出口处水流压强；和分别依次表示节流阀节流面积的上限和下限；和分别依次表示k时刻节流阀入口可调压强的上限和下限；和分别依次表示k时刻节流阀出口可调压强的上限和下限；

其中，滚动优化目标函数表述如下：

；

滚动优化约束条件为：

；

；

式中：和依次表示k时刻基于预测数据计算的沼气发酵温度和对应的产气量；表示中温厌氧发酵的发酵最优温度；表示沼气发酵的最大产气量，；和依次表示厌氧发酵温度的上限和下限；和均为常量。

2.根据权利要求1所述的光沼互补系统最大产气点跟踪控制方法，其特征在于，所述根据所述光沼互补系统，建立太阳能集热器热交换模型和分层蓄热水箱动态模型的步骤中的建立太阳能集热器热交换模型的步骤，包括：

建立太阳能集热器吸收的有效输出热量和太阳能辐射的函数关系；

根据上述太阳能集热器吸收的有效输出热量和太阳能辐射的函数关系建立太阳能集热器的约束条件；

根据所述太阳能集热器吸收的有效输出热量和太阳能辐射的函数关系和所述太阳能集热器的约束条件，建立太阳能集热器热交换模型。