[发明专利]基于智能主动控制的高层建筑风机系统及方法

说明书

本发明公开一种基于智能主动控制的高层建筑风机系统及方法，该系统包括安装于高层建筑外墙边角的多个垂直轴风机和风速测量仪、安装于高层建筑楼顶的加速度传感器、以及用于控制垂直轴风机的控制模块，所述垂直轴风机、风速测量仪和加速度传感器均与控制模块电性连接；所述风速测量仪用于测量风速u，所述加速度传感器用来测量高层建筑顶部的加速度a，所述控制模块用于监测风速u和加速度a是否均满足预设的阈值范围，如果均满足则使垂直轴风机为高层建筑提供电能，如果风速u和/或加速度a不满足预设的阈值范围(也即任一条件超过阈值范围)则控制垂直轴风机的转速和转向，使其实现对高层建筑的风致振动的主动控制。

技术领域

本发明涉及风力发电技术领域，具体涉及一种基于增强学习智能主动控制的高层建筑风机系统及方法。

背景技术

高层建筑属于风敏感结构，风荷载往往成为控制荷载。在风荷载的作用下，结构可能会出现大幅度摆动而影响其正常使用，构件内力也可能达到某种极限，进而发生屈服、断裂。高层建筑的风致振动类型主要有两种，一是在顺风向发生的由大气边界层的湍流脉动引起的抖振；二是在横风向发生的由结构后部两侧交替脱落的漩涡引起的涡激振动。当漩涡脱落频率与高层建筑自振频率接近时，可使建筑产生大幅度的横风向涡激共振，严重影响建筑结构的安全性与舒适性。垂直轴风机安装于高层建筑边角能够影响边角处的漩涡脱落模式，控制建筑的风致振动，保障建筑的结构安全和舒适度要求。

控制高层建筑风致振动的传统方法是在高层建筑内部安装调谐质量阻尼器(TMD)，阻尼器可以通过自身的惯性和阻尼来消耗风荷载对结构产生的能量，进而减小高层建筑在强风下产生的晃动幅度。广州电视塔、台北101大厦等都安装了阻尼器来减小风致振动。通常阻尼器想要达到理想的振动控制效果，振子质量需要达到主结构质量的1％左右，对于超高层建筑而言，振子质量将高达成百上千吨，使得造价大大增加。此外阻尼器的安装还会占用建筑的大量可用空间。

气动措施也常被用来对建筑风致振动进行控制，例如吹吸气控制等。传统的气动控制措施需要基于物理机理建立简化模型，通过人为去不断地调整控制参数，反复进行数值模拟或者实验，最终实现对于控制参数的优化调整；但是，传统的气动控制措施对于复杂的流动问题，效率非常低。

为此，一篇申请公布号为CN110094302A的发明专利，公开了一种可变桨顶缘自转型垂直轴风力发电机，主要包含变桨组件、直叶片组、自转圆柱体组、电动机、发电机和塔架。所述变桨组件，由支架、滑块、连杆、开槽连杆、支撑轴、扭簧组成，所述支撑轴与支撑板固定连接，所述扭簧套在支撑轴上与支架连接，另一端与支撑板连接。所述直叶片通过螺栓固定安装在支撑板上。所述自转圆柱体通过联轴器与电动机主轴相连，并绕着轴线进行自转。所述支架主轴通过联轴器与发电机主轴相连，所述发电机通过螺栓与塔架固定连接。该发明主要是根据风速自动调整叶片迎角，并通过改变自转圆柱体的转速提高风能利用率，其结构相对复杂，对于叶片的尺寸设计制造和装配要求很高，不适合广泛推广。

再例如一篇申请公布号为CN110552845A的发明专利公开了一种小型垂直轴式风力发电机构，该风力发电机构包括支撑架系统、发电系统、叶轮旋转系统，发电系统位于支撑架系统上方，叶轮旋转系统位于发电系统的上方。该发明改进了叶片设计和装配，但是其叶片形成的十字形转动结构的风能利用率低，仍然无法解决建筑风致振动的问题。

发明内容

在下文中给出了关于本发明实施例的简要概述，以便提供关于本发明的某些方面的基本理解。应当理解，以下概述并不是关于本发明的穷举性概述。它并不是意图确定本发明的关键或重要部分，也不是意图限定本发明的范围。其目的仅仅是以简化的形式给出某些概念，以此作为稍后论述的更详细描述的前序。