CN113847198B - 一种基于风力发电的智能风力制水系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于风力发电的智能风力制水系统，包括：风力发电系统、储能系统、空气制水系统以及用于分别控制风力发电系统、储能系统、空气制水系统的智能控制系统，其中，智能控制系统用于采集风力发电系统的第一数据、储能系统的第二数据、空气制水系统的第三数据，以及智能风力制水系统所在地区的环境数据，并根据收集到的数据对智能风力制水系统实现智能自动控制；本发明提供的智能风电系统，实现了风电与制水的有机结合，并通过智能控制，实现了对于风能的智能利用，为风电的智能化提供了参考依据。

Description

一种基于风力发电的智能风力制水系统
技术领域
本申请涉及风力发电技术领域，具体而言，涉及一种基于风力发电的智能风力制水系统。
背景技术
风力发电是把风的动能转变成机械动能，再把机械能转化为电力动能。风力发电的原理，是利用风力带动风车叶片旋转，再透过增速机将旋转的速度提升，来促使发电机发电。依据目前的风车技术，大约是每秒三米的微风速度(微风的程度)，便可以开始发电。风力发电正在世界上形成一股热潮，因为风力发电不需要使用燃料，也不会产生辐射或空气污染。
风是一种没有公害的能源，利用风力发电非常环保，且能够产生的电能非常巨大，因此越来越多的国家更加重视风力发电。
风能作为一种清洁的可再生能源，越来越受到世界各国的重视。其蕴量巨大，全球的风能约为2.74×10^9MW，其中可利用的风能为2×10^7MW，比地球上可开发利用的水能总量还要大10倍。
一般说来，三级风就有利用的价值。但从经济合理的角度出发，风速大于每秒4米才适宜于发电。据测定，一台55千瓦的风力发电机组，当风速为每秒9.5米时，机组的输出功率为55千瓦；当风速每秒8米时，功率为38千瓦；风速每秒6米时，只有16千瓦；而风速每秒5米时，仅为9.5千瓦。可见风力愈大，经济效益也愈大。
风很早就被人们利用--主要是通过风车来抽水、磨面等，而现在，人们感兴趣的是如何利用风来发电，而现有的风力发电也只是具备单一的发电功能，尤其在风力发电的地区，常伴有缺水的情况，而如何将风力发电与制水相互结合产生一种新的风力发电模式，将是本发明重点解决的技术问题。
发明内容
为了解决现有技术的问题，本发明提供了一种基于风力发电的智能风力制水系统，包括：
风力发电系统、储能系统、空气制水系统以及用于分别控制风力发电系统、储能系统、空气制水系统的智能控制系统，
其中，智能控制系统用于采集风力发电系统的第一数据、储能系统的第二数据、空气制水系统的第三数据，以及智能风力制水系统所在地区的环境数据，并通过第一数据、第二数据、环境数据生成第一控制指令，
或，通过第二数据、第三数据、环境数据生成第二控制指令，
或，基于第二数据，通过第一数据、第三数据、环境数据生成第三控制指令，
第一控制指令用于控制风力发电系统进行发电；
第二控制指令用于控制空气制水系统进行制水；
第三控制指令用于控制风力发电系统发电的同时，通过风力发电系统产生的风能，辅助空气制水系统进行制水。
优选地，风力发电系统包括变角式风帆、齿轮变速箱、发电机；
变角式风帆通过传动结构与齿轮变速箱的输入端连接；
齿轮变速箱的输出端与发电机连接，用于为发电机提供额定转速。
优选地，传动结构还包括用于控制变角式风帆上下升降的升降装置；
智能控制系统根据第三控制指令控制升降装置调整变角式风帆的上下位置。
优选地，风力发电系统通过变频装置与储能系统连接；
储能系统用于存储风力发电系统产生的电能，其中，
电能的第一部分用于驱动空气制水系统进行制水；
电能的第二部分用于为智能控制系统供电；
电能的第三部分用于为电网供电；
电能的第四部分用于通过驱动风力发电系统，辅助空气制水系统制水。
优选地，储能系统包括储能容量；
电能的第一部分为大于储能容量10％的部分；
电能的第二部分为大于储能容量5％的部分；
电能的第三部分为大于储能容量80％的部分；
电能的第四部分为大于储能容量95％的部分。
优选地，智能风力制水系统还包括外设电源；
智能控制系统还用于通过采集储能容量，并根据储能速度和耗能速度的关系，获得第四控制指令，第四控制指令用于接通外设电源，为空气制水系统、智能控制系统供电，
其中，
当储能容量小于10％并且大于5％，并且耗能速度大于储能速度时，执行第四控制指令；
当储能容量小于5％，并且耗能速度大于储能速度时，执行第一控制指令和第四控制指令；
当储能容量大于95％，并且储能速度大于耗能速度时，执行第二控制指令、第三控制指令。
优选地，空气制水系统包括，
顶端具有风扇的空气制水器；
冷热交换器，设置在空气制水器的内部；
储水罐，与空气制水器的出水口垂直连接；
取水管，与储水罐连接。
优选地，风扇与变角式风帆属于同轴设置，其中，
当变角式风帆与风扇的垂直距离等于0时，变角式风帆的浆叶与风扇水平面的夹角为30°-120°；
当浆叶与风扇水平面的夹角为30°或120°时，停止对风扇供电，通过变角式风帆提供的风能，带动风扇。
优选地，环境数据包括风速、空气温湿度、空气颗粒度；
第一控制指令的获得方法包括：
根据风速、空气颗粒度、第一数据获得第一关系，其中，第一关系用于表示当前环境是否适合风力发电；
根据第一数据、第二数据，获得第二关系，其中，第二关系用于表示储能系统是否需要通过风力发电进行储能；
根据第一关系和第二关系获得第一控制指令，其中，第一控制指令还用于表示：
当储能容量小于10％，第一关系不大于预设阈值的1.2倍的情况下，控制风力发电系统进行发电；
当第一关系小于预设阈值时，控制风力发电系统进行发电。
优选地，第二控制指令的获得方法包括：
根据风速、空气温湿度、空气颗粒度、第三数据，获得第三关系，其中，第三关系用于表示空气制水系统是否适合制水；
根据第二数据和第三数据获得第四关系，其中，第四关系用于表示储能系统是否适合为空气制水系统供电；
根据第三关系、第四关系获得第二控制指令；
第三控制指令的获得方法包括：
基于第二数据，根据风速、空气颗粒度、第一数据、第三数据，获得第五关系，其中，第五关系用于表示根据储能系统的储能容量的情况，风力发电系统是否辅助空气制水系统进行制水工作；
基于第二数据，根据根据风速、第一数据、第三数据获得第六关系，其中，第六关系用于判断是否将变角式风帆的浆叶与风扇水平面的夹角调整为30°或120°；
根据第五关系、第六关系获得第三控制指令。
本发明公开了以下技术效果：
本发明提供的智能风电系统，实现了风电与制水的有机结合，并通过智能控制，实现了对于风能的智能利用，为风电的智能化提供了参考依据。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明所述的智能风力制水系统示意图。
具体实施方式
下为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
如图1所示，本发明提供了一种基于风力发电的智能风力制水系统，包括：
风力发电系统、储能系统、空气制水系统以及用于分别控制风力发电系统、储能系统、空气制水系统的智能控制系统，
其中，智能控制系统用于采集风力发电系统的第一数据、储能系统的第二数据、空气制水系统的第三数据，以及智能风力制水系统所在地区的环境数据，并通过第一数据、第二数据、环境数据生成第一控制指令，
或，通过第二数据、第三数据、环境数据生成第二控制指令，
或，基于第二数据，通过第一数据、第三数据、环境数据生成第三控制指令，
第一控制指令用于控制风力发电系统进行发电；
第二控制指令用于控制空气制水系统进行制水；
第三控制指令用于控制风力发电系统发电的同时，通过风力发电系统产生的风能，辅助空气制水系统进行制水。
进一步地，智能控制系统根据第一数据、第二数据、第三数据、环境数据生成第五控制指令，其中，第五控制指令用于控制风力发电系统与空气制水系统的垂直距离，且该垂直距离大于0；
智能控制系统根据第一数据、第三数据生成第七关系，根据第二数据、第三数据生成第八关系，根据第一数据、环境数据、第三数据生成第九关系，根据第二数据、环境数据、第三数据生成第十关系；
智能控制系统根据第七关系、第九关系生成第十一关系，根据第八关系、第十关系生成第十二关系，并根据第十一关系、第十二关系生成第五控制指令；
第七关系用于表示风力发电系统和空气制水系统的第一工作关系；
第八关系用于表示储能系统和空气制水系统的第二工作关系；
第九关系用于表示当前环境下风力发电系统是否适合与空气制水系统共同工作；
第十关系用于表示当前环境下储能系统是否适合对空气制水系统供电；
第十一关系用于表示当前环境下风力发电系统辅助空气制水系统的辅助位置关系；
第十二关系用于表示当前环境下储能系统与空气制水系统的供电关系。
进一步地，风力发电系统包括变角式风帆、齿轮变速箱、发电机；
变角式风帆通过传动结构与齿轮变速箱的输入端连接；
齿轮变速箱的输出端与发电机连接，用于为发电机提供额定转速。
进一步地，传动结构还包括用于控制变角式风帆上下升降的升降装置；
智能控制系统根据第三控制指令控制升降装置调整变角式风帆的上下位置。
进一步地，风力发电系统通过变频装置与储能系统连接；
储能系统用于存储风力发电系统产生的电能，其中，
电能的第一部分用于驱动空气制水系统进行制水；
电能的第二部分用于为智能控制系统供电；
电能的第三部分用于为电网供电；
电能的第四部分用于通过驱动风力发电系统，辅助空气制水系统制水。
进一步地，储能系统包括储能容量；
电能的第一部分为大于储能容量10％的部分；
电能的第二部分为大于储能容量5％的部分；
电能的第三部分为大于储能容量80％的部分；
电能的第四部分为大于储能容量95％的部分。
进一步地，智能风力制水系统还包括外设电源；
智能控制系统还用于通过采集储能容量，并根据储能速度和耗能速度的关系，获得第四控制指令，第四控制指令用于接通外设电源，为空气制水系统、智能控制系统供电，
其中，
当储能容量小于10％并且大于5％，并且耗能速度大于储能速度时，执行第四控制指令；
当储能容量小于5％，并且耗能速度大于储能速度时，执行第一控制指令和第四控制指令；
当储能容量大于95％，并且储能速度大于耗能速度时，执行第二控制指令、第三控制指令。
进一步地，空气制水系统包括，
顶端具有风扇的空气制水器；
冷热交换器，设置在空气制水器的内部；
储水罐，与空气制水器的出水口垂直连接；
取水管，与储水罐连接。
进一步地，风扇与变角式风帆属于同轴设置，其中，
当变角式风帆与风扇的垂直距离等于0时，变角式风帆的浆叶与风扇水平面的夹角为30°-120°；
当浆叶与风扇水平面的夹角为30°或120°时，停止对风扇供电，通过变角式风帆提供的风能，带动风扇。
进一步地，环境数据包括风速、空气温湿度、空气颗粒度；
第一控制指令的获得方法包括：
根据风速、空气颗粒度、第一数据获得第一关系，其中，第一关系用于表示当前环境是否适合风力发电；
根据第一数据、第二数据，获得第二关系，其中，第二关系用于表示储能系统是否需要通过风力发电进行储能；
根据第一关系和第二关系获得第一控制指令，其中，第一控制指令还用于表示：
当储能容量小于10％，第一关系不大于预设阈值的1.2倍的情况下，控制风力发电系统进行发电；
当第一关系小于预设阈值时，控制风力发电系统进行发电。
进一步地，第二控制指令的获得方法包括：
根据风速、空气温湿度、空气颗粒度、第三数据，获得第三关系，其中，第三关系用于表示空气制水系统是否适合制水；
根据第二数据和第三数据获得第四关系，其中，第四关系用于表示储能系统是否适合为空气制水系统供电；
根据第三关系、第四关系获得第二控制指令；
第三控制指令的获得方法包括：
基于第二数据，根据风速、空气颗粒度、第一数据、第三数据，获得第五关系，其中，第五关系用于表示根据储能系统的储能容量的情况，风力发电系统是否辅助空气制水系统进行制水工作；
基于第二数据，根据根据风速、第一数据、第三数据获得第六关系，其中，第六关系用于判断是否将变角式风帆的浆叶与风扇水平面的夹角调整为30°或120°；
根据第五关系、第六关系获得第三控制指令。
本发明提供的智能风力制水系统还包括大数据系统；
该大数据系统通过收集智能风力制水系统中各个子系统的系统数据以及系统之间存在的逻辑关系，通过深度学习算法建立大数据识别模型，通过识别数据走势与系统性能的对应关系，对于智能风力制水系统进行系统性能走势关系预测，用于分析该系统的效率以及对于该系统实施预测，有助于智能风力制水系统实现真正意义上的智能控制，尤其是在一些昼夜环境条件差距较大的地区，该大数据系统可以根据地区环境条件做出提前预判控制，地区环境条件中包括一些恶略的极端天气，比如可能出现的沙尘暴天气、短时强降水天气、大风扬尘天气等。
使用风力发电机，就是源源不断地把风能变成我们家庭使用的标准市电，其节约的程度是明显的，例如：一个家庭一年的用电只需20元电瓶液的代价。而现在的风力发电机比几年前的性能有很大改进，以前只是在少数边远地区使用，风力发电机接一个15W的灯泡直接用电，一明一暗并会经常损坏灯泡。而现在由于技术进步，采用先进的充电器、逆变器，风力发电成为有一定科技含量的小系统，并能在一定条件下代替正常的市电。山区可以借此系统做一个常年不花钱的路灯；高速公路可用它做夜晚的路标灯；山区的孩子可以在日光灯下晚自习；城市小高层楼顶也可用风力电机，这不但节约而且是真正绿色电源。家庭用风力发电机，不但可以防止停电，而且还能增加生活情趣。在旅游景区、偏远地区、学校乃至落后的山区，风力发电机正在成为人们的采购热点。本发明设计的智能发电技术在风力发电方面为上述地区人民服务，不仅解决了用电难的问题，而且还解决了吃水困难的问题，为风力发电的综合应用提供了新的技术思路。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释，此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围。都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种基于风力发电的智能风力制水系统，其特征在于，包括：
风力发电系统、储能系统、空气制水系统以及用于分别控制所述风力发电系统、所述储能系统、所述空气制水系统的智能控制系统，
其中，所述智能控制系统用于采集所述风力发电系统的第一数据、所述储能系统的第二数据、所述空气制水系统的第三数据，以及所述智能风力制水系统所在地区的环境数据，并通过所述第一数据、所述第二数据、所述环境数据生成第一控制指令，
或，通过所述第二数据、所述第三数据、所述环境数据生成第二控制指令，
或，基于所述第二数据，通过所述第一数据、所述第三数据、所述环境数据生成第三控制指令，
所述第一控制指令用于控制所述风力发电系统进行发电；
所述第二控制指令用于控制所述空气制水系统进行制水；
所述第三控制指令用于控制所述风力发电系统发电的同时，通过所述风力发电系统产生的风能，辅助所述空气制水系统进行制水；
所述风力发电系统包括变角式风帆、齿轮变速箱、发电机；
所述储能系统包括储能容量；
所述空气制水系统包括，
顶端具有风扇的空气制水器；
冷热交换器，设置在所述空气制水器的内部；
储水罐，与所述空气制水器的出水口垂直连接；
取水管，与所述储水罐连接；
所述风扇与所述变角式风帆属于同轴设置，其中，
当所述变角式风帆与所述风扇的垂直距离等于0时，所述变角式风帆的浆叶与风扇水平面的夹角为30°-120°；
当所述浆叶与所述风扇水平面的所述夹角为30°或120°时，停止对所述风扇供电，通过所述变角式风帆提供的风能，带动所述风扇；所述环境数据包括风速、空气温湿度、空气颗粒度；
所述第一控制指令的获得方法包括：
根据所述风速、所述空气颗粒度、所述第一数据获得第一关系，其中，所述第一关系用于表示当前环境是否适合风力发电；
根据所述第一数据、所述第二数据，获得第二关系，其中，所述第二关系用于表示所述储能系统是否需要通过风力发电进行储能；
根据所述第一关系和所述第二关系获得所述第一控制指令，其中，所述第一控制指令还用于表示：
当所述储能容量小于10%，所述第一关系不大于预设阈值的1.2倍的情况下，控制所述风力发电系统进行发电；
当所述第一关系小于所述预设阈值时，控制所述风力发电系统进行发电；
所述第二控制指令的获得方法包括：
根据所述风速、所述空气温湿度、所述空气颗粒度、所述第三数据，获得第三关系，其中，所述第三关系用于表示所述空气制水系统是否适合制水；
根据所述第二数据和所述第三数据获得第四关系，其中，所述第四关系用于表示所述储能系统是否适合为所述空气制水系统供电；
根据所述第三关系、所述第四关系获得所述第二控制指令；
所述第三控制指令的获得方法包括：
基于所述第二数据，根据所述风速、所述空气颗粒度、所述第一数据、所述第三数据，获得第五关系，其中，所述第五关系用于表示根据所述储能系统的所述储能容量的情况，所述风力发电系统是否辅助所述空气制水系统进行制水工作；
基于所述第二数据，根据所述风速、所述第一数据、所述第三数据获得第六关系，其中，所述第六关系用于判断是否将所述变角式风帆的所述浆叶与所述风扇水平面的所述夹角调整为30°或120°；
根据所述第五关系、所述第六关系获得所述第三控制指令。
2.根据权利要求1所述一种基于风力发电的智能风力制水系统，其特征在于：
所述变角式风帆通过传动结构与所述齿轮变速箱的输入端连接；
所述齿轮变速箱的输出端与所述发电机连接，用于为所述发电机提供额定转速。
3.根据权利要求2所述一种基于风力发电的智能风力制水系统，其特征在于：
所述传动结构还包括用于控制所述变角式风帆上下升降的升降装置；
所述智能控制系统根据所述第三控制指令控制所述升降装置调整所述变角式风帆的上下位置。
4.根据权利要求3所述一种基于风力发电的智能风力制水系统，其特征在于：
所述风力发电系统通过变频装置与所述储能系统连接；
所述储能系统用于存储所述风力发电系统产生的电能，其中，
所述电能的第一部分用于驱动所述空气制水系统进行制水；
所述电能的第二部分用于为所述智能控制系统供电；
所述电能的第三部分用于为电网供电；
所述电能的第四部分用于通过驱动所述风力发电系统，辅助所述空气制水系统制水。
5.根据权利要求4所述一种基于风力发电的智能风力制水系统，其特征在于：
所述电能的所述第一部分为大于所述储能容量10%的部分；
所述电能的所述第二部分为大于所述储能容量5%的部分；
所述电能的所述第三部分为大于所述储能容量80%的部分；
所述电能的所述第四部分为大于所述储能容量95%的部分。
6.根据权利要求5所述一种基于风力发电的智能风力制水系统，其特征在于：
所述智能风力制水系统还包括外设电源；
所述智能控制系统还用于通过采集所述储能容量，并根据储能速度和耗能速度的关系，获得第四控制指令，所述第四控制指令用于接通所述外设电源，为所述空气制水系统、所述智能控制系统供电，
其中，
当所述储能容量小于10%并且大于5%，并且所述耗能速度大于所述储能速度时，执行所述第四控制指令；
当所述储能容量小于5%，并且所述耗能速度大于所述储能速度时，执行所述第一控制指令和所述第四控制指令；
当所述储能容量大于95%，并且所述储能速度大于所述耗能速度时，执行所述第二控制指令、第三控制指令。
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