[发明专利]天然气实时热值预测分析装置及方法

权利要求书

1.一种天然气实时热值预测分析装置，其特征在于，包括热值检测模块(1)、预测分析模块(3)以及故障诊断与应急处理模块(5)；

所述热值检测模块(1)的检测输入端能够采集待预测天然气的设定数据；所述热值检测模块(1)的输出端与预测分析模块(3)的输入端相连；所述预测分析模块(3)的输出端与设定的天然气控制系统相连；

所述故障诊断与应急处理模块(5)的输入端能够分别采集预测分析模块(3)的输入端数据、输出端数据；所述故障诊断与应急处理模块(5)的输出端与设定的天然气控制系统和/或故障报警模块相连。

2.根据权利要求1所述的天然气实时热值预测分析装置，其特征在于，所述天然气实时热值预测分析装置还包括数据采集与转换模块(2)和数据匹配与输出模块(4)；

所述热值检测模块(1)的输出端通过数据采集与转换模块(2)与预测分析模块(3)的输入端相连；所述预测分析模块(3)的输出端通过数据匹配与输出模块(4)与设定的天然气控制系统相连；

所述故障诊断与应急处理模块(5)的输入端分别与数据采集与转换模块(2)、数据匹配与输出模块(4)相连。

3.根据权利要求1所述的天然气实时热值预测分析装置，其特征在于，所述热值检测模块(1)包括天然气取样探头和热值分析仪；所述天然气取样探头一端与待预测天然气相连，另一端接入热值分析仪；所述热值分析仪与预测分析模块(3)的输入端相连。

4.根据权利要求2所述的天然气实时热值预测分析装置，其特征在于，所述数据采集与转换模块(2)包括A/D模数转换子模块；所述数据采集与转换模块(2)能够以RS485通讯协议、Ethernet通讯协议以及Modbus通讯协议中的任一种或任多种组合建立热值检测模块(1)与预测分析模块(3)间的传输与通信。

5.根据权利要求2所述的天然气实时热值预测分析装置，其特征在于，所述数据匹配与输出模块(4)包括D/A模数转换子模块。

6.根据权利要求1所述的天然气实时热值预测分析装置，其特征在于，所述预测分析模块(3)包括人工智能子模块。

7.根据权利要求1所述的天然气实时热值预测分析装置，其特征在于，所述故障诊断与应急处理模块(5)包括与非逻辑电路C、开关D以及应急电路；所述预测分析模块(3)的输入端数据和输出端数据均与与非逻辑电路C相连；所述与非逻辑电路C的2种输出值分别对应着开关D的开、关状态；所述开关D的开、关状态分别对应着应急电路的接通、断开；所述应急电路与设定的天然气控制系统相连。

8.一种天然气实时热值预测分析方法，其特征在于，包括如下步骤：

数据检测步骤：天然气取样探头将取样的待预测天然气接入热值分析仪，热值分析仪将待预测天然气热值生成相对应的模拟信号，并传输数据至数据采集与转换模块(2)；

数据采集与转换步骤：将数据检测步骤得到的模拟信号通过A/D模数转换子模块形成数字信号，并将数字信号传输至预测分析模块(3)；

预测分析步骤：人工智能子模块接收数据采集与转换步骤得到的数字信号，并通过该数字信号处理后得到稳定的预测热值数据发送到数据匹配与输出模块(4)；

数据匹配与输出步骤：将预测分析步骤得到的预测热值数据通过D/A模数转换子模块形成模拟信号并输出至设定的天然气控制系统。

9.根据权利要求8所述的天然气实时热值预测分析方法，其特征在于，所述天然气实时热值预测分析方法还包括：

故障诊断与应急处理步骤：分别检测数据采集与转换模块(2)的输入端数据和数据匹配与输出模块(4)的输出端数据这两者，若两者的数据误差超过设定值，则与非逻辑电路C动作，驱动线路开关D动作，将应急电路导通，天然气热值数据直接输出至设定的天然气控制系统，同时发送系统故障报警信号。

10.根据权利要求8所述的天然气实时热值预测分析方法，其特征在于，所述预测分析步骤包括如下子步骤：

a)根据k-1时刻的最优天然气热值通过第一公式预测k时刻系统状态值即天然气热值所述第一公式为其中A为设定的矩阵；

b)根据k-1时刻误差协方差P_k-1和过程噪声Q，通过第二公式预测新的误差协方差所述第二公式为

c)通过第三公式计算卡尔曼增益，所述第三公式为

d)通过第四公式对k时刻天然气热值进行校正更新，所述第四公式为其中y_k是天然气测试量值，通过热值分析仪得到；

e)为下一步估计k+1时刻的最优天然气热值的迭代进行更新操作，即通过第五公式更新P_k值，所述第五公式为-更新误差协方差；

f)迭代以上步骤，直至得到稳定的天然气热值

其中，P_k-1＝1的初始值均为设定值，R为设备误差值，“-”上标符号指代该值为预测值，A^T代表矩阵A是否随时间进行变化，A、B、H三个矩阵为了表达多向量或多测量值而使用，在该发明中由于只有热值一个测量数据，所以A、B、H实际为自然数，根据实际情况可能存在变化A^T。