[发明专利]一种基于能源互联网云计算的空压机控制系统及方法

权利要求书

1.一种空压机控制系统的控制方法，空压机控制系统包括能源互联网云计算系统、空压机智能控制系统和物联网控制系统；所述能源互联网云计算系统，包括聚类计算模块和准则判别模块，采用B/S结构的互联网预测控制系统；所述空压机智能控制系统，采用带智能控制的变频器型式；所述物联网控制系统，采用就地MODBUS RTU通讯和远程TCP/IP通讯的控制形式；其特征在于，具体包括如下步骤：

步骤1、通过物联网控制系统采集供气压力、供气温度和供气流量；

步骤2、能源互联网云计算系统通过物联网控制系统采集的供气压力、供气温度和供气流量，进行分析归类、训练测试后，计算出所需的流量，匹配出所需的空压机，下达空压机调度指令；

步骤2.1、由气罐中压缩空气状态有：

pV＝mRθ (1)

上式中，p为空气的压力，单位为Pa；V为体积，单位为m³；m为气体质量，单位为kg；R为气体常数，对于空气，R＝287J/(kg·K)；θ为空气的绝对温度，单位为K；气罐中空气压缩为等温过程，可微分得：

上式中，p为空气的压力，单位为Pa；t为时间，单位为s；ρa为空气的密度，单位为kg/m3；θ_a为空气的绝对温度；Q为在t时间内体积流量变化量，单位为m³/s；Q_in为空压机群供给的体积流量，单位为m³/s；Q_out为现场用气的体积流量，单位为m³/s；V₀为储气罐的体积，单位为m³；由上式(2)可知压力的变化量与流量的变化成正比关系；

步骤2.2、用系统算法进行流量预测；系统算法将基于脉冲响应的非参数模型作为内部模型，对供气压力变化的速度及供气流量进行归类,根据内部模型,预测系统未来所需的流量；同时对模型输出的误差不断进行反馈校正；采用平方误差性能指标迭代计算优化，完成预测值逼近，系统算法的步骤如下：

步骤2.2.1、建立大数据存储样本；所述大数据存储样本包括供气压力、供气温度、供气流量、实际流量和压力变化率；

步骤2.2.2、随机选取k个样本，作为初始聚类中心；

步骤2.2.3、聚类计算模块根据已经存储的样本和聚类中心，计算当前采集值与聚类中心的欧式距离dist(p,C_i)；采用欧式距离dist(p,C_i)计算剩余样本与聚类中心的距离；其中Ci为聚类中心，p为采集当前值；中心距离计算采用欧式距离；

步骤2.2.4、重新计算每个子类样本平均值，作为新聚类中心，其中子类样本包含在大数据存储样本中，由与聚类中心点接近的样本组成；聚类中心为各样本在各维度上的均值：

上式中，i为正整数，1≤i≤k；算出最近距离D(p)：

D(p)＝min{dist(p,Ci)} (4)

步骤2.2.5、重复步骤2.2.3与步骤2.2.4，直到准则判别模块判断判别函数E收敛为止；如果判别函数E收敛，则输出生产所需的流量预测值；如果判别函数E不收敛，则重新生成聚类中心；判别函数E为：

上式中，k为样本个数；i为正整数，1≤i≤k；p为采集当前值；Ci为聚类中心；dist(p,Ci)为欧式距离；

步骤2.3、完成流量预测后，分配相应的空压机，下发调度指令；

步骤3、空压机智能控制系统根据能源互联网云计算系统下达的调度指令，相应投入空压机，并将供气压力控制在恒定的状态。

2.根据权利要求1所述的空压机控制系统的控制方法，其特征在于，所述步骤3具体包括如下步骤：

步骤3.1、将采集的供气压力与设定的压力进行比较，调整空压机电机的转速；空压机电机的转速由变频装置控制；所述变频装置是基于矢量控制算法的交流变频调速装置；

步骤3.2、当空压机电机的转速达到工频转速后，如果还有要投入的空压机，则当前空压机的转速设定为工频，再投入下一台空压机；下一台空压机在投入的过程中继续进行步骤3.1，经过多次迭代运算控制后将供气压力控制在设定压力附近，由智能PID控制器根据供气压力与设定的压力的误差来控制供气压力，正负误差不超过5％；

步骤3.3、如果压力出现大幅度波动，则由能源互联网云计算系统重新匹配需要的空压机，再次进行调整空压机电机的转速。