CN113669242A - 空压机系统的功率控制方法、装置和计算机设备 - Google Patents

Abstract

本公开涉及人工智能技术领域，本公开的实施例公开了空压机系统的功率控制方法、装置和计算机设备。该方法的一具体实施方式包括：获取空压机系统的目标用气量、上述空压机系统中至少一个定频空压机的功率和至少一个变频空压机的功率，得到功率集合；基于上述目标用气量和上述功率集合，建立用于最小化上述空压机系统的功率的目标函数；对上述目标函数进行求解，得到上述空压机系统中每个定频空压机和每个变频空压机的目标功率，以组成目标功率集合；基于上述目标功率集合，调整上述空压机系统中每个定频空压机和每个变频空压机的功率。该实施方式可以在部分空压机为变频机组的情况下，实现系统的运行优化，减少能源消耗，为企业节省大量成本。

Description

空压机系统的功率控制方法、装置和计算机设备

技术领域

本公开的实施例涉及自动化控制技术领域，具体涉及空压机系统的功率控制方法、装置和计算机设备。

背景技术

空压机作为通用设备，几乎各行业都会用到。相关企业根据生产用气需求，一般都会配置多台空压机，一方面可以实现用气量灵活调控，另一方面可以有备用机器。在企业内部用电总量中，空压机的用电能耗约占全厂能耗的10％～30％，部分行业企业甚至可达50％。空压机的生命周期成本中，电费占比可达80％以上，因此空压机节能一直是各企业很重视的问题。

目前空压机的优化，普遍选择对空压机进行变频调节，通过增加变频控制模块，实现对空压机系统的实时监测和动态控制。然而，如果将所有空压机采用变频会大大增加前期或者改造的投入，对项目的经济型造成影响。因此，如何对多台空压机系统中部分空压机采用变频的条件下减少能源的消耗，是当前的一个技术难题。

发明内容

有鉴于此，本公开实施例提供了一种空压机系统的功率控制方法、装置和计算机设备，以解决现有技术中如何对空压机系统中部分空压机采用变频的条件下减少能源的消耗的问题。

本公开实施例的第一方面，提供了一种空压机系统的功率控制方法，包括：获取空压机系统的目标用气量、上述空压机系统中至少一个定频空压机的功率和至少一个变频空压机的功率，得到功率集合；基于上述目标用气量和上述功率集合，建立用于最小化上述空压机系统的功率的目标函数；对上述目标函数进行求解，得到上述空压机系统中每个定频空压机和每个变频空压机的目标功率，以组成目标功率集合；基于上述目标功率集合，调整上述空压机系统中每个定频空压机和每个变频空压机的功率。

本公开实施例的第二方面，提供了一种空压机系统的功率控制装置，装置包括：获取单元，被配置成获取空压机系统的目标用气量、上述空压机系统中至少一个定频空压机的功率和至少一个变频空压机的功率，得到功率集合；目标函数建立单元，被配置成基于上述目标用气量和上述功率集合，建立用于最小化上述空压机系统的功率的目标函数；目标函数求解单元，被配置成对上述目标函数进行求解，得到上述空压机系统中每个定频空压机和每个变频空压机的目标功率，以组成目标功率集合；功率调整单元，被配置成基于上述目标功率集合，调整上述空压机系统中每个定频空压机和每个变频空压机的功率。

本公开实施例的第三方面，提供了一种计算机设备，包括存储器、处理器以及存储在存储器中并且可以在处理器上运行的计算机程序，该处理器执行计算机程序时实现上述方法的步骤。

本公开实施例的第四方面，提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述方法的步骤。

本公开的上述各个实施例中的一个实施例具有如下有益效果：首先，获取空压机系统的目标用气量和空压机系统中空压机的功率；然后，建立用于最小化空压机系统的功率的目标函数；之后，对上述目标函数进行求解，得到空压机系统中每个空压机的目标功率，得到目标功率集合；最后，基于目标功率集合，对空压机系统中每个定频空压机和每个变频空压机的功率进行调整。本公开提供的方法利用空压机系统建立目标函数，然后对空压机的目标功率进行寻优计算，在只有部分空压机为变频机组的情况下，实现系统的运行优化，减少能源消耗，为企业节省大量成本。

附图说明

结合附图并参考以下具体实施方式，本公开各实施例的上述和其他特征、优点及方面将变得更加明显。贯穿附图中，相同或相似的附图标记表示相同或相似的元素。应当理解附图是示意性的，元件和元素不一定按照比例绘制。

图1是根据本公开的一些实施例的空压机系统的功率控制方法的一个应用场景的示意图；

图2是根据本公开的空压机系统的功率控制方法的一些实施例的流程图；

图3是根据本公开的空压机系统的功率控制装置的一些实施例的结构示意图；

图4是适于用来实现本公开的一些实施例的电子设备的结构示意图。

具体实施方式

以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本公开实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本公开。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本公开的描述。

下面将结合附图详细说明根据本公开实施例的一种空压机系统的功率控制方法、装置和计算机设备。

图1是根据本公开一些实施例的空压机系统的功率控制方法的一个应用场景的示意图。

在图1的应用场景中，首先，计算设备101可以获取空压机系统的目标用气量102、上述空压机系统中至少一个定频空压机的功率和至少一个变频空压机的功率，得到功率集合103。然后，基于上述目标用气量102和上述功率集合103，计算设备101可以建立用于最小化上述空压机系统的功率的目标函数104。之后，计算设备101可以对上述目标函数进行求解，得到上述空压机系统中每个定频空压机和每个变频空压机的目标功率，以组成目标功率集合105。最后基于上述目标功率集合105，计算设备101可以调整上述空压机系统中每个定频空压机和每个变频空压机的功率，如附图标记106所示。

需要说明的是，上述计算设备101可以是硬件，也可以是软件。当计算设备为硬件时，可以实现成多个服务器或终端设备组成的分布式集群，也可以实现成单个服务器或单个终端设备。当计算设备体现为软件时，可以安装在上述所列举的硬件设备中。其可以实现成例如用来提供分布式服务的多个软件或软件模块，也可以实现成单个软件或软件模块。在此不做具体限定。

应该理解，图1中的计算设备的数目仅仅是示意性的。根据实现需要，可以具有任意数目的计算设备。

图2是本公开实施例提供的空压机系统的功率控制方法的流程图。图2的空压机系统的功率控制方法可以由图1的计算设备101执行。如图2所示，该空压机系统的功率控制方法，包括以下步骤：

步骤S201，获取空压机系统的目标用气量、上述空压机系统中至少一个定频空压机的功率和至少一个变频空压机的功率，得到功率集合。

在一些实施例中，空压机系统的功率控制方法的执行主体(如图1所示的计算设备101)可以通过有线连接方式或无线连接方式获取上述目标用气量和上述功率集合。上述空压机系统中包括至少一个定频空压机和至少一个变频空压机。上述目标用气量可以是上述空压机系统所需要的目标用气量，上述目标用气量是可以根据系统需要而随之变化的。定频，可以是指电力系统的发电、输电、变电与配电设备以及工业与民用电气设备采用的额定频率，单位赫兹Hz。。作为示例，目前供电的电网频率为50Hz，所以定频为50Hz，变频器的频率范围小于或等于电网频率。

需要指出的是，上述无线连接方式可以包括但不限于3G/4G连接、WiFi连接、蓝牙连接、WiMAX连接、Zigbee连接、UWB(ultra wideband)连接、以及其他现在已知或将来开发的无线连接方式。

步骤S202，基于上述目标用气量和上述功率集合，建立用于最小化上述空压机系统的功率的目标函数。

在一些实施例中，上述执行主体可以基于上述目标用气量和上述功率集合，建立用于最小化上述空压机系统的功率的目标函数。这里，上述目标函数的约束条件至少包括：功率约束条件，供气气压约束条件，供气量约束条件。

在一些实施例的一些可选的实现方式中，上述功率约束条件至少包括：所述空压机系统中定频空压机的功率与频率的一次方成正比，所述空压机系统中变频空压机的功率与频率的三次方成正比。

作为示例，如果空压机系统中的定频空压机有6个，变频空压机有2个，用x₁和x₂表示2个变频空压机的状态，以及用x₃、x₄、x₅、x₆、x₇和x₈表示6个定频空压机的状态。状态包括工作状态和停止状态，x₁,…x₈∈[0,1]，0表示停止状态，1表示工作状态。用x₉，x₁₀表示2台变频空压机的频率，用x₁₁,…x₁₆＝50表示其余6台定频空压机的频率，即频率为50Hz。用P表示定频空压机的功率，而变频空压机的功率与自身频率的三次方成正比。由此，以空压机系统中定频空压机和变频空压机的功率之和最小化为目标建立的目标函数，可以表示为：

其中，所述λ₁和λ₂的取值，取决于变频空压机的出厂信息。

在一些实施例的一些可选的实现方式中，上述供气气压约束条件至少包括：所述空压机系统中定频空压机和变频空压机的供气压力在预设供气压力范围。作为示例，可以设置上述预设供气压力范围为7bar-8bar。

在一些实施例的一些可选的实现方式中，上述供气量约束条件至少包括：所述空压机系统中定频空压机和变频空压机的供气量之和大于或等于目标用气量，所述定频空压机的供气量与频率的一次方成正比，所述变频空压机的供气量与频率的一次方成正比。

作为示例，用q表示目标用气量由于定频空压机和变频空压机的供气量与各自的频率的一次方成正比，约束条件可以表示为：

其中，α为系数，α的取值取决于空压机各自的出厂信息。

步骤S203，对上述目标函数进行求解，得到上述空压机系统中每个定频空压机和每个变频空压机的目标功率，以组成目标功率集合。

在一些实施例中，上述执行主体可以利用预设算法对上述目标函数进行求解计算，得到上述目标功率集合。

作为示例，可以采用python中的geatpy优化包求解上述目标函数，目标用气量q可以是420m³，1号、2号空压机为变频空压机，3号-8号空压机为定频空压机，参数可以参考下表：

由上表可以得到总功率为3575KW，开第1，2，5，6共4台，第1,2台变频空压机的频率为49.55Hz(保留2为小数)。

步骤S204，基于上述目标功率集合，调整上述空压机系统中每个定频空压机和每个变频空压机的功率。

在一些实施例中，上述执行主体可以基于上述目标功率集合，调整上述空压机系统中每个定频空压机和每个变频空压机的功率。作为示例，按照步骤S203的计算结果，可以控制1号、2号、5号、6号空压机进行工作，定频空压机的功率如上述表格所示，变频空压机的频率为49.55Hz。

在一些实施例的一些可选的实现方式中，上述方法还包括：响应于确定目标功率集合中存在为0的目标功率，获取所述空压机系统中中每个定频空压机的使用时间，得到使用时间集合；从所述使用时间集合中选择目标数量个使用时间作为目标使用时间，得到目标使用时间集合；基于所述目标使用时间集合中每个目标使用时间对应的定频空压机的功率，选择至少一个功率作为目标调整功率，得到目标调整功率集合；控制所述目标调整功率集合中每个目标调整功率对应的定频空压机停止运行。

作为示例，首先可以根据使用时间来判断确定需要将哪些空压机停止运行，其次，根据步骤S203提供的表格中的信息，可以从根据使用时间确定的空压机中再次选择出部分空压机作为优先停止运行的空压机。

综上所述，实施例一利用对空压机系统建立目标函数和约束条件来对空压机的功率进行寻优计算，在只有部分空压机为变频空压机的情况下，实现系统的运行优化，减少能源消耗，为企业节省大量成本。

应理解，上述实施例中各步骤的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。

本公开的上述各个实施例中的一个实施例具有如下有益效果：首先，获取空压机系统的目标用气量和空压机系统中空压机的功率；然后，建立用于最小化空压机系统的功率的目标函数；之后，对上述目标函数进行求解，得到空压机系统中每个空压机的目标功率，得到目标功率集合；最后，基于目标功率集合，对空压机系统中每个定频空压机和每个变频空压机的功率进行调整。本公开提供的方法利用空压机系统建立目标函数，然后对空压机的目标功率进行寻优计算，在只有部分空压机为变频机组的情况下，实现系统的运行优化，减少能源消耗，为企业节省大量成本。

下述为本公开装置实施例，可以用于执行本公开方法实施例。对于本公开装置实施例中未披露的细节，请参照本公开方法实施例。

图3是本公开实施例提供的空压机系统的功率控制装置的示意图。如图3所示，该空压机系统的功率控制装置包括：

获取单元301，被配置成获取空压机系统的目标用气量、上述空压机系统中至少一个定频空压机的功率和至少一个变频空压机的功率，得到功率集合；

目标函数建立单元302，被配置成基于上述目标用气量和上述功率集合，建立用于最小化上述空压机系统的功率的目标函数；

目标函数求解单元303，被配置成对上述目标函数进行求解，得到上述空压机系统中每个定频空压机和每个变频空压机的目标功率，以组成目标功率集合；

功率调整单元304，被配置成基于上述目标功率集合，调整上述空压机系统中每个定频空压机和每个变频空压机的功率。

在一些实施例中，上述目标函数的约束条件至少包括：功率约束条件，供气气压约束条件，供气量约束条件。

在一些实施例中，上述功率约束条件至少包括：上述空压机系统中定频空压机的功率与频率的一次方成正比，上述空压机系统中变频空压机的功率与频率的三次方成正比。

在一些实施例中，上述供气气压约束条件至少包括：上述空压机系统中定频空压机和变频空压机的供气压力在预设供气压力范围。

在一些实施例中，上述供气量约束条件至少包括：上述空压机系统中定频空压机和变频空压机的供气量之和大于或等于目标用气量，上述定频空压机的供气量与频率的一次方成正比，上述变频空压机的供气量与频率的一次方成正比。

在一些实施例中，空压机系统的功率控制装置的目标函数求解单元303被进一步配置成：基于预设算法对上述目标函数进行求解计算，得到上述目标功率集合。

在一些实施例中，空压机系统的功率控制装置被进一步配置成：响应于确定目标功率集合中存在为0的目标功率，获取上述空压机系统中中每个定频空压机的使用时间，得到使用时间集合；从上述使用时间集合中选择目标数量个使用时间作为目标使用时间，得到目标使用时间集合；基于上述目标使用时间集合中每个目标使用时间对应的定频空压机的功率，选择至少一个功率作为目标调整功率，得到目标调整功率集合；控制上述目标调整功率集合中每个目标调整功率对应的定频空压机停止运行。

可以理解的是，该装置300中记载的诸单元与参考图2描述的方法中的各个步骤相对应。由此，上文针对方法描述的操作、特征以及产生的有益效果同样适用于装置300及其中包含的单元，在此不再赘述。

应理解，上述实施例中各步骤的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本公开实施例的实施过程构成任何限定。

图4是本公开实施例提供的计算机设备4的示意图。如图4所示，该实施例的计算机设备4包括：处理器401、存储器402以及存储在该存储器402中并且可以在处理器401上运行的计算机程序403。处理器401执行计算机程序403时实现上述各个方法实施例中的步骤。或者，处理器401执行计算机程序403时实现上述各装置实施例中各模块/单元的功能。

示例性地，计算机程序403可以被分割成一个或多个模块/单元，一个或多个模块/单元被存储在存储器402中，并由处理器401执行，以完成本公开。一个或多个模块/单元可以是能够完成特定功能的一系列计算机程序指令段，该指令段用于描述计算机程序403在计算机设备4中的执行过程。

计算机设备4可以是桌上型计算机、笔记本、掌上电脑及云端服务器等计算机设备。计算机设备4可以包括但不仅限于处理器401和存储器402。本领域技术人员可以理解，图4仅仅是计算机设备4的示例，并不构成对计算机设备4的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件，例如，计算机设备还可以包括输入输出设备、网络接入设备、总线等。

处理器401可以是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，也可以是其它通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其它可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。

存储器402可以是计算机设备4的内部存储单元，例如，计算机设备4的硬盘或内存。存储器402也可以是计算机设备4的外部存储设备，例如，计算机设备4上配备的插接式硬盘，智能存储卡(Smart Media Card，SMC)，安全数字(Secure Digital，SD)卡，闪存卡(Flash Card)等。进一步地，存储器402还可以既包括计算机设备4的内部存储单元也包括外部存储设备。存储器402用于存储计算机程序以及计算机设备所需的其它程序和数据。存储器402还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的数据。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，仅以上述各功能单元、模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元、模块完成，即将装置的内部结构划分成不同的功能单元或模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。实施例中的各功能单元、模块可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中，上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。另外，各功能单元、模块的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本申请的保护范围。上述系统中单元、模块的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。

本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本公开的范围。

在本公开所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的装置/计算机设备和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置/计算机设备实施例仅仅是示意性的，例如，模块或单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通讯连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通讯连接，可以是电性，机械或其它的形式。

作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本公开各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

集成的模块/单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读存储介质中。基于这样的理解，本公开实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，计算机程序可以存储在计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可以实现上述各个方法实施例的步骤。计算机程序可以包括计算机程序代码，计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。计算机可读介质可以包括：能够携带计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。需要说明的是，计算机可读介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减，例如，在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读介质不包括电载波信号和电信信号。

以上实施例仅用以说明本公开的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本公开进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本公开各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种空压机系统的功率控制方法，其特征在于，包括：

获取空压机系统的目标用气量、所述空压机系统中至少一个定频空压机的功率和至少一个变频空压机的功率，得到功率集合；

基于所述目标用气量和所述功率集合，建立用于最小化所述空压机系统的功率的目标函数；

对所述目标函数进行求解，得到所述空压机系统中每个定频空压机和每个变频空压机的目标功率，以组成目标功率集合；

基于所述目标功率集合，调整所述空压机系统中每个定频空压机和每个变频空压机的功率。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述目标函数的约束条件至少包括：功率约束条件，供气气压约束条件，供气量约束条件。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述功率约束条件至少包括：所述空压机系统中定频空压机的功率与频率的一次方成正比，所述空压机系统中变频空压机的功率与频率的三次方成正比。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述供气气压约束条件至少包括：所述空压机系统中定频空压机和变频空压机的供气压力在预设供气压力范围。

5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述供气量约束条件至少包括：所述空压机系统中定频空压机和变频空压机的供气量之和大于或等于目标用气量，所述定频空压机的供气量与频率的一次方成正比，所述变频空压机的供气量与频率的一次方成正比。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对所述目标函数进行求解，得到所述空压机系统中每个定频空压机和每个变频空压机的目标功率，以组成目标功率集合，包括：

基于预设算法对所述目标函数进行求解计算，得到所述目标功率集合。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

响应于确定目标功率集合中存在为0的目标功率，获取所述空压机系统中中每个定频空压机的使用时间，得到使用时间集合；

从所述使用时间集合中选择目标数量个使用时间作为目标使用时间，得到目标使用时间集合；

基于所述目标使用时间集合中每个目标使用时间对应的定频空压机的功率，选择至少一个功率作为目标调整功率，得到目标调整功率集合；

控制所述目标调整功率集合中每个目标调整功率对应的定频空压机停止运行。

8.一种空压机系统的功率控制装置，其特征在于，包括：

获取单元，被配置成获取空压机系统的目标用气量、所述空压机系统中至少一个定频空压机的功率和至少一个变频空压机的功率，得到功率集合；

目标函数建立单元，被配置成基于所述目标用气量和所述功率集合，建立用于最小化所述空压机系统的功率的目标函数；

目标函数求解单元，被配置成对所述目标函数进行求解，得到所述空压机系统中每个定频空压机和每个变频空压机的目标功率，以组成目标功率集合；

功率调整单元，被配置成基于所述目标功率集合，调整所述空压机系统中每个定频空压机和每个变频空压机的功率。

9.一种计算机设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并且可以在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1至7中任一项所述方法的步骤。

10.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至7中任一项所述方法的步骤。

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