CN118346516A - 一种基于发电风扇的能效管理系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于发电风扇的能效管理系统，属于能效管理技术领域，解决了现有技术未对实时天气情况进行监测，无法根据实时的突发情况对发电风扇的运行参数进行调整，导致能效降低的技术问题；本发明通过对实时天气数据进行分析，当发电风扇能够运行时，根据实时天气数据分析发电风扇的控制参数；对实时风速进行持续监测，当实时风速小于启动风速时，则控制开启齿轮转速箱；当实时风速大于切出风速时，立即停止发电风扇的运行；能够避免因风速过大而导致发电风扇损坏；根据设定时间段内的实时风速对风速进行预测，得到预测风速；根据预测风速控制发电风扇的运行，调整发电风扇的运行状态；能够避免发电风扇损坏，并能保障风能的转化效率。
Description
技术领域
本发明属于能效管理领域，涉及发电风扇的能效管理技术，具体是一种基于发电风扇的能效管理系统。
背景技术
发电风扇即风力发电机，主要作用是在不排放温室气体的情况下生成电力，减小了化石燃料对环境的影响，有利于可持续能源的发展；可以构成电力发电场，供应大规模的电网电力；良好的能效管理能够最大化每一股风的发电潜能，风力发电机可以通过精确的控制系统调整叶片角度和机组方向，以最佳方式捕获风能并转化为电能，提高能源转换效率；有效管理发电风扇的能效有助于延长设备寿命并减少维护需求，并对发电风扇进行预测性维护和维修，降低运维成本；能效管理可以帮助风力发电系统更好地应对电力需求的变化，通过预测电网需求并相应调整发电量，可以减少对传统发电厂的依赖；因此，能效管理对于风力发电来说是一个复合效益策略，结合了提高性能、减少浪费、保护环境以及经济效益，对于实现可持续发展目标至关重要。
现有技术(公开号为CN116629137A的发明专利申请)公开了一种风电机组能效管理方法、装置及变桨通讯控制系统，包括：训练预设的气象参数预测模型，该模型用于将输入依次经过输入层、嵌入层、位置编码层、多头自注意力层、求和与归一层和全连接神经网络层，获得输出，输入为过去时间的气象参数，输出为未来时间的气象参数；根据训练所得的气象参数预测模型获取目标时间的气象参数；基于支持向量机回归数学模型构建并训练风电机组的发电功率模型；将目标时间的气象参数输入训练好的发电功率模型，基于协方差矩阵自适应进化策略优化训练好的发电功率模型，得到风电机组在目标时间最长发电功率下的最佳叶片变桨角、偏航角和转速，能够实时对风机运行参数进行优化控制；然而，现有技术中通过预测目标时间的气象参数来优化训练好的发电功率模型，未对实时天气情况进行监测，无法根据实时的突发情况对发电风扇的运行参数进行调整，导致能效降低的。
本发明提供了一种基于发电风扇的能效管理系统，以解决以上技术问题。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一；为此，本发明提出了一种基于发电风扇的能效管理系统，用于解决现有技术中通过预测目标时间的气象参数来优化训练好的发电功率模型，未对实时天气情况进行监测，无法根据实时的突发情况对发电风扇的运行参数进行调整，导致能效降低的技术问题。
为实现上述目的，本发明的第一方面提供了一种基于发电风扇的能效管理系统，包括：处理分析模块，以及与之相连的数据采集模块、终端管理模块；所述终端管理模块包括能效管理单元和能效存储单元；
数据采集模块：通过与之相连的若干数据传感器采集实时天气数据，将实时天气数据传输至处理分析模块；其中，实时天气数据包括实时温度、实时湿度、实时风向以及实时风速；
处理分析模块：基于实时天气数据判断发电风扇是否能够运行，是，则分析发电风扇的控制参数；否，则持续对实时天气数据进行分析；当发电风扇开始运行时，对实时风速进行监测，根据实时风速分析发电风扇是否能够正常运行；是，则持续对实时风速进行监测；否，则根据实时风速对发电风扇进行控制；以及，
基于设定时间段内的实时风速对风速进行预测，得到预测风速；根据预测风速判断发电风扇是否能够正常运行；是，则持续对风速进行预测；否，则根据预测风速对发电风扇进行控制；
终端管理模块：用于对发电风扇的运行进行管理，将发电风扇在运行过程中的实时天气数据以及对应的控制参数存储在能效管理单元中；以及，将发电风扇产生的电量传输至电网中，当发电风扇产生剩余电量时，将剩余电量存储在能效存储单元。
优选的，所述基于实时天气数据判断发电风扇是否能够运行，包括：
调取实时天气数据中的实时温度以及实时湿度，判断实时温度和实时湿度是否均在设定的标准阈值内；是，则对实时风速进行判断；否，则判定发电风扇不能运行；
调取实时天气数据中的实时风速，判断实时风速是否大于发电风扇的启动风速，是，则判定发电风扇能够运行；否，则判定发电风扇不能运行。
本发明根据实时天气数据分析实时温度和实时湿度是否在标准阈值范围内，能够避免温度过高或过低使发电风扇故障，避免湿度过高使得发电风扇生锈而造成发电风扇的寿命减少。
优选的，所述分析发电风扇的控制参数，包括：
调取实时天气数据中的实时风向以及实时风速，根据实时风向以及实时风速分析各方向的实时风速大小；选取风速大小最接近额定风速的方向为目标方向，调整发电风扇的扇叶至目标方向；其中，额定风速为在此风速下，发电风扇产生最大额定功率。
值得注意的是，持续监测各个方向的实时风速，根据实时风速选择最接近额定风速的方向，标记为目标方向；当最接近额定方向的风速方向发生改变时，将改变后的方向标记为目标方向。
本发明根据实时天气数据中的实时风向以及实时风速，选择风速大小最接近额定风速的方向为目标方向，能够最大化的利用风能，有利于提高风能的转化效率。
优选的，所述根据实时风速判断发电风扇是否能够正常运行，包括：
调取实时天气数据中的实时风速，判断实时风速是否在启动风速和切出风速的范围内；是，则判定发电风扇能够正常运行；否，则判定发电风扇不能正常运行；其中，启动风速是指发电风扇开始产生电能的最低风速；切出风速是指当风速达到或超过这个值时，停止发电风扇的运行。
本发明对实时风速进行判断，当实时风速在启动风速和切出风速的范围内时，判定发电风扇能够正常运行，对实时风速进行监测，能够在环境因素不适用于发电风扇运行时，及时对发电风扇进行调整，避免因外部因素使发电风扇故障。
优选的，所述根据实时风速对发电风扇进行控制，包括：
调取实时天气数据中的实时风速，当实时风速处于启动风速与额定风速的范围内时，则控制发电风扇的齿轮转速箱开启，使发电风扇的转速达到额定转速；当实时风速处于启动风速与额定风速的范围内时，则判定发电风扇能够正常运行；当实时风速大于切出风速时，则判定发电风扇不能正常运行，并立即使发电风扇停止运行。
本发明根据实时风速对发电风扇进行控制，使发电风扇的转速达到额定转速，能够达到将风能最大程度的转化成电能，有利于提高风能的利用率，提升发电的效率。
优选的，所述基于设定时间段内的实时风速对风速进行预测，包括：
调取设定时间段内的实时风速，将设定时间段的实时风速拟合成风速函数F(t)；将设定时间段分成n组，求解每组内风速函数F(t)的最大值Fmax(t)以及最小值Fmin(t)；
根据风速函数F(t)的最大值Fmax(t)以及最小值Fmin(t)求解每组内风速函数的斜率，记为Kn；根据每组的斜率Kn分析设定时间段内每组的风速，得到预测风速函数Y(t)。
在上述步骤中，仅对实时风速进行监测，无法了解风速后续的变化情况；本发明将设定时间段内的实时风速拟合成风速函数，将设定时间段内的风速函数分成n组，求解n组斜率，根据斜率对下一个设定时间段内的风速进行预测，得到预测风速，便于后续根据预测风速对发电风扇的运行风速进行分析。
优选的，所述根据预测风速判断发电风扇是否能够正常运行，包括：
调取设定时间段内预测风速函数Y(t)，求解预测风速函数Y(t)的最大值Ymax(t)以及最小值Ymin(t)；
判断风速函数的最大值和最小值是否均在启动风速和切出风速的范围内；是，则判定发电风扇能够正常运行；否，则发电风扇不能正常运行。
本发明根据预测风速判断发电风扇是否能够正常运行，当预测风速使发电风扇不能正常运行时，能够为后续控制发电风扇提供了数据支撑。
优选的，所述根据预测风速对发电风扇进行控制，包括：
调取设定时间段内预测风速函数Y(t)的最大值Ymax(t)以及最小值Ymin(t)；当最大值Ymax(t)或最小值Ymin(t)大于切出风速时，则停止发电风扇的运行；
当最大值Ymax(t)或最小值Ymin(t)小于启动风速时，则控制发电风扇的齿轮转速箱开启，使发电风扇的转速达到额定转速。
本发明根据预测风速的判断结果对发电风扇进行控制，当预测风速的风速小于启动风速时，控制开启齿轮转速箱，使发电风扇的转速达到额定转速；能够确保发电风扇最大程度的利用风能，有利于提高发电风扇的将风能转化为电能的效率；当预测风速的风速大于切出风速时，停止发电风扇的运行，能够避免因风速过大而损坏发电风扇，有利于延长发电风扇的使用寿命。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1.本发明通过若干数据传感器采集实时天气数据，根据实时天气数据中的实时温度以及实时湿度判断发电风扇是否能够运行，是，则对实时风速进行判断，否，则持续对实时温度以及实时湿度进行监测；当实时风速达到启动风速时，则根据实时风速对发电风扇进行控制；分析实时风速最接近额定风速的方向，并标记为目标方向，调整发电风扇朝向目标方向，能够使发电风扇的风能利用率尽可能的达到最大；对实时风速进行监测，当实时风速发生变化时，及时控制发电风扇，能够避免因风速变化过大导致发电风扇不能正常运行，在实时风速大于切出风速时，能够及时停止发电风扇的运行，避免发电风扇被损坏，有利于延长发电风扇的使用寿命。
2.本发明将设定时间段内的实时风速拟合成风速函数，将设定时间段分成n组，根据n组的斜率分析下一个设定时间段内n组的预测风速，当预测风速小于启动风速时，控制开启齿轮转速箱，使发电风扇的转速保持在额定转速，能够使发电风扇最大化的利用风能，有利于提高发电风扇风能转化为电能的转化率；当预测风速大于切出风速时，停止发电风扇的运行；能够避免因风速过大损坏发电风扇，有利于延长发电风扇的使用寿命；将发电风扇的运行过程存储在能效管理单元，将发电风扇产生的剩余电能存储在能效存储单元；能够避免后续因环境因素导致发电风扇不能进行运行时，有备用电能可以使用，有利于保障电能的持续使用。
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，下面将对实施例或现有技术描述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为本发明整体框架的示意图；
图2为本发明具体流程步骤的示意图；
图3为本发明实时数据分析步骤的示意图；
图4为本发明预测风速步骤的示意图。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-图2，本发明第一方面实施例提供了一种基于发电风扇的能效管理系统，包括：处理分析模块，以及与之相连的数据采集模块、终端管理模块；所述终端管理模块包括能效管理单元和能效存储单元；
数据采集模块：通过与之相连的若干数据传感器采集实时天气数据，将实时天气数据传输至处理分析模块；其中，实时天气数据包括实时温度、实时湿度、实时风向以及实时风速；
处理分析模块：基于实时天气数据判断发电风扇是否能够运行，是，则分析发电风扇的控制参数；否，则持续对实时天气数据进行分析；当发电风扇开始运行时，对实时风速进行监测，根据实时风速分析发电风扇是否能够正常运行；是，则持续对实时风速进行监测；否，则根据实时风速对发电风扇进行控制；以及，
基于设定时间段内的实时风速对风速进行预测，得到预测风速；根据预测风速判断发电风扇是否能够正常运行；是，则持续对风速进行预测；否，则根据预测风速对发电风扇进行控制；
终端管理模块：用于对发电风扇的运行进行管理，将发电风扇在运行过程中的实时天气数据以及对应的控制参数存储在能效管理单元中；以及，将发电风扇产生的电量传输至电网中，当发电风扇产生剩余电量时，将剩余电量存储在能效存储单元。
请参阅图3，通过若干数据传感器采集实时天气数据；调取实时天气数据中的实时温度以及实时湿度，判断实时温度和实时湿度是否均在设定的标准阈值内；是，则对实时风速进行判断；否，则判定发电风扇不能运行；调取实时天气数据中的实时风速，判断实时风速是否大于发电风扇的启动风速，是，则判定发电风扇能够运行；否，则判定发电风扇不能运行；调取实时天气数据中的实时风向以及实时风速，根据实时风向以及实时风速分析各方向的实时风速大小；选取风速大小最接近额定风速的方向为目标方向，调整发电风扇的扇叶至目标方向；对实时风速进行持续监测，当实时风速处于启动风速与额定风速的范围内时，则控制发电风扇的齿轮转速箱开启，使发电风扇的转速达到额定转速；当实时风速处于启动风速与额定风速的范围内时，则判定发电风扇能够正常运行；当实时风速大于切出风速时，则判定发电风扇不能正常运行，并立即使发电风扇停止运行。
需要说明的是，若干传感器包括温度传感器，湿度传感器以及风速传感器；标准阈值通过发电风扇的使用说明获取；启动风速是发电风扇能够产生电能的最小风速，额定风速为在此风速下，发电风扇产生最大额定功率；切出风速是指当风速达到或超过这个值时，停止发电风扇的运行。
例如：现有发电风扇A，发电风扇B以及发电风扇C；温度阈值为15-25，湿度阈值为0％～65％；现对实时天气数据进行监测，实时温度为20，实时湿度为35％，启动风速为4m/s，额定风速为14m/s，切出风速为25m/s；三组数据如下：
第一组数据：发电风扇A接收到的实时风速2m/s，则发电风扇A不能开始运行；对发电风扇接收到的实时风速进行监测；
第二组数据：发电风扇B接收到的实时风速为5m/s，则发电风扇B能够正常运行；检测到东北方向的风速最接近额定风速，则将发电风扇B的叶片朝向东北方向；
第三组数据：发电风扇C接收到的实时风速为8m/s，则发电风扇C能够正常运行；检测到西北方向的风速最接近额定风速，则将发电风扇C的叶片朝向西北方向；
对实时风速进行监测，得到某一时刻发电风扇A的实时风速大于切出风速25m/s，则立即停止发电风扇A的运行。
请参阅图4，调取设定时间段内的实时风速，将设定时间段的实时风速拟合成风速函数F(t)；将设定时间段分成n组，求解每组内风速函数F(t)的最大值Fmax(t)以及最小值Fmin(t)；根据风速函数F(t)的最大值Fmax(t)以及最小值Fmin(t)求解每组内风速函数的斜率，记为Kn；根据每组的斜率Kn分析设定时间段内每组的风速，得到预测风速函数Y(t)；求解预测风速函数Y(t)的最大值Ymax(t)以及最小值Ymin(t)；判断风速函数的最大值和最小值是否均在启动风速和切出风速的范围内；是，则判定发电风扇能够正常运行；否，则发电风扇不能正常运行；当最大值Ymax(t)或最小值Ymin(t)大于切出风速时，则停止发电风扇的运行；当最大值Ymax(t)或最小值Ymin(t)小于启动风速时，则控制发电风扇的齿轮转速箱开启，使发电风扇的转速达到额定转速；将发电风扇在运行过程中的实时天气数据以及对应的控制参数存储在能效管理单元中；以及，将发电风扇产生的电量传输至电网中，当发电风扇产生剩余电量时，将剩余电量存储在能效存储单元。
需要说明的是，当预测风速与后续实时监测的风速不一致时，按照实时风速对发电风扇进行分析，并且对预测风速进行预测仅预测下一个设定时间段内的风速，设定时间段根据采集的实时风速进行设定，因此设定时间段可以根据实际情况的不同进行调整；若预测风速的最小值小于启动风速，最大值大于切出风速，则直接根据实时风速对发电风扇进行控制。
例如：对上述实施例中的发电风扇B以及发电风扇C的风速进行预测，得到发电风扇B以及发电风扇C的预测风速如下：
第一组数据：发电风扇B的预测风速中的最大值Ymax(t)＝17m/s，最小值Ymin(t)＝7m/s；则根据预测风速判定发电风扇B能够正常运行；
第二组数据：发电风扇C的预测风速中的最大值Ymax(t)＝27m/s，最小值Ymin(t)＝10m/s；则停止发电风扇的运行。
本发明的工作原理：本发明采集实时天气数据，根据实时天气数据判断发电风扇是否能够正常运行，当发电风扇不能正常运行时，持续对实时天气数据进行监测；当发电风扇能够正常运行时，根据实时风向以及实时风速分析各方向的实时风速大小；选取风速大小最接近额定风速的方向为目标方向，调整发电风扇的扇叶至目标方向；对实时风速进行监测，当实时风速处于启动风速与额定风速的范围内时，则控制发电风扇的齿轮转速箱开启，使发电风扇的转速达到额定转速；当实时风速处于启动风速与额定风速的范围内时，则判定发电风扇能够正常运行；当实时风速大于切出风速时，则判定发电风扇不能正常运行，并立即使发电风扇停止运行；
本发明通过调取设定时间段内的实时风速，将设定时间段内的实时风速拟合成风速函数，根据风速函数对下一段设定时间段内的风速进行预测，得到预测风速；根据预测风速判断发电风扇是否能够正常运行，当预测风速小于启动风速时，控制开启齿轮转速箱，使发电风扇的转速保持额定转速；当预测风速大于切出风速时，立即停止发电风扇的运行；将发电风扇在运行过程中的实时天气数据以及对应的控制参数存储在能效管理单元中；以及，将发电风扇产生的电量传输至电网中，当发电风扇产生剩余电量时，将剩余电量存储在能效存储单元。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方法而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方法进行修改或等同替换，而不脱离本发明技术方法的精神和范围。
Claims (8)
1.一种基于发电风扇的能效管理系统，包括：处理分析模块，以及与之相连的数据采集模块、终端管理模块；所述终端管理模块包括能效管理单元和能效存储单元；其特征在于，
数据采集模块：通过与之相连的若干数据传感器采集实时天气数据，将实时天气数据传输至处理分析模块；其中，实时天气数据包括实时温度、实时湿度、实时风向以及实时风速；
处理分析模块：基于实时天气数据判断发电风扇是否能够运行，是，则分析发电风扇的控制参数；否，则持续对实时天气数据进行分析；当发电风扇开始运行时，对实时风速进行监测，根据实时风速分析发电风扇是否能够正常运行；是，则持续对实时风速进行监测；否，则根据实时风速对发电风扇进行控制；以及，
基于设定时间段内的实时风速对风速进行预测，得到预测风速；根据预测风速判断发电风扇是否能够正常运行；是，则持续对风速进行预测；否，则根据预测风速对发电风扇进行控制；
终端管理模块：用于对发电风扇的运行进行管理，将发电风扇在运行过程中的实时天气数据以及对应的控制参数存储在能效管理单元中；以及，将发电风扇产生的电量传输至电网中，当发电风扇产生剩余电量时，将剩余电量存储在能效存储单元。
2.根据权利要求1所述的一种基于发电风扇的能效管理系统，其特征在于，所述基于实时天气数据判断发电风扇是否能够运行，包括：
调取实时天气数据中的实时温度以及实时湿度，判断实时温度和实时湿度是否均在设定的标准阈值内；是，则对实时风速进行判断；否，则判定发电风扇不能运行；
调取实时天气数据中的实时风速，判断实时风速是否大于发电风扇的启动风速，是，则判定发电风扇能够运行；否，则判定发电风扇不能运行。
3.根据权利要求2所述的一种基于发电风扇的能效管理系统，其特征在于，所述分析发电风扇的控制参数，包括：
调取实时天气数据中的实时风向以及实时风速，根据实时风向以及实时风速分析各方向的实时风速大小；选取风速大小最接近额定风速的方向为目标方向，调整发电风扇的扇叶至目标方向；其中，额定风速为在此风速下，发电风扇产生最大额定功率。
4.根据权利要求1所述的一种基于发电风扇的能效管理系统，其特征在于，所述根据实时风速判断发电风扇是否能够正常运行，包括：
调取实时天气数据中的实时风速，判断实时风速是否在启动风速和切出风速的范围内；是，则判定发电风扇能够正常运行；否，则判定发电风扇不能正常运行；其中，启动风速是指发电风扇开始产生电能的最低风速；切出风速是指当风速达到或超过这个值时，停止发电风扇的运行。
5.根据权利要求4所述的一种基于发电风扇的能效管理系统，其特征在于，所述根据实时风速对发电风扇进行控制，包括：
调取实时天气数据中的实时风速，当实时风速处于启动风速与额定风速的范围内时，则控制发电风扇的齿轮转速箱开启，使发电风扇的转速达到额定转速；当实时风速处于启动风速与额定风速的范围内时，则判定发电风扇能够正常运行；当实时风速大于切出风速时，则判定发电风扇不能正常运行，并立即使发电风扇停止运行。
6.根据权利要求1所述的一种基于发电风扇的能效管理系统，其特征在于，所述基于设定时间段内的实时风速对风速进行预测，包括：
调取设定时间段内的实时风速，将设定时间段的实时风速拟合成风速函数F(t)；将设定时间段分成n组，求解每组内风速函数F(t)的最大值Fmax(t)以及最小值Fmin(t)；
根据风速函数F(t)的最大值Fmax(t)以及最小值Fmin(t)求解每组内风速函数的斜率，记为Kn；根据每组的斜率Kn分析设定时间段内每组的风速，得到预测风速函数Y(t)。
7.根据权利要求6所述的一种基于发电风扇的能效管理系统，其特征在于，所述根据预测风速判断发电风扇是否能够正常运行，包括：
调取设定时间段内预测风速函数Y(t)，求解预测风速函数Y(t)的最大值Ymax(t)以及最小值Ymin(t)；
判断风速函数的最大值和最小值是否均在启动风速和切出风速的范围内；是，则判定发电风扇能够正常运行；否，则发电风扇不能正常运行。
8.根据权利要求7所述的一种基于发电风扇的能效管理系统，其特征在于，所述根据预测风速对发电风扇进行控制，包括：
调取设定时间段内预测风速函数Y(t)的最大值Ymax(t)以及最小值Ymin(t)；当最大值Ymax(t)或最小值Ymin(t)大于切出风速时，则停止发电风扇的运行；
当最大值Ymax(t)或最小值Ymin(t)小于启动风速时，则控制发电风扇的齿轮转速箱开启，使发电风扇的转速达到额定转速。
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| CN202410633409.0A CN118346516A (zh) | 2024-05-21 | 2024-05-21 | 一种基于发电风扇的能效管理系统 |
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| CN202410633409.0A CN118346516A (zh) | 2024-05-21 | 2024-05-21 | 一种基于发电风扇的能效管理系统 |
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| CN118346516A true CN118346516A (zh) | 2024-07-16 |
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2024
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