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【3】CN202210973151-多级机站通风系统风机变频优化方法、装置及设备-申请公开.pdf
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【3】CN202210973151-多级机站通风系统风机变频优化方法、装置及设备-申请公开
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(19)国家知识产权局
(12)发明专利申请
(10)申请公布号
(43)申请公布日
(21)申请号 202210973151.X
(22)申请日 2022.08 .15
(71)申请人 中南大学
地址 410083 湖南省长沙市岳麓区麓山南
路932号
(72)发明人 钟德云 王李管 贾明涛 毕林
胡建华
(74)专利代理机构 长沙瀚顿知识产权代理事务
所(普通合伙) 43223
专利代理师 吴亮 朱敏
(51)Int.Cl.
G06F
30/17
(2020 .01)
G06F
30/20
(2020 .01)
E21F
1/00
(2006 .01)
(54)发明名称
多级机站通风系统风机变频优化方法、装置
及设备
(57)摘要
本申请公开了一种多级机站通风系统风机
变频优化方法、装置及设备,该方法包括:获取多
级机站通风系统的通风网络模型;基于通风网络
解算方法对通风网络模型进行风量分配计算,并
基于风量分配计算结果调整通风网络模型,直至
通风网络模型中风机的模拟工况与实际工况匹
配;基于井下通风风量需求和多级机站通风系统
对应的设定优化模型,生成至少一个待选的风机
变频调控方案;基于至少一个待选的风机变频调
控方案与井下通风风量需求,确定最佳的风机变
频调控方案;其中,设定优化模型为多目标的混
合整数线性规划模型。如此,可以实现多级机站
通风系统的智能变频调控,此外,还可以极大地
提高风机变频调控方案的求解性能。
权利要求书3页 说明书20页 附图2页
CN 115203861 A
2022.10.18
CN 115203861 A
1 .一种多级机站通风系统风机变频优化方法,其特征在于,包括:
获取多级机站通风系统的通风网络模型;
基于通风网络解算方法对所述通风网络模型进行风量分配计算,并基于风量分配计算
结果调整所述通风网络模型,直至所述通风网络模型中风机的模拟工况与实际工况匹配;
基于井下通风风量需求和所述多级机站通风系统对应的设定优化模型,生成至少一个
待选的风机变频调控方案;
基于所述至少一个待选的风机变频调控方案与所述井下通风风量需求,确定最佳的风
机变频调控方案;
其中,所述设定优化模型为多目标的混合整数线性规划模型,包括以下优化目标:通风
风机功率最小目标、最佳按需通风需求目标、最佳工况风机风量目标及最佳工况风机风压
目标;所述设定优化模型的决策变量为0‑1整型决策变量,包括:表征按需分风分支的风量
与该分支的多个风量值的对应关系的第一变量、表征风机分支调整前后的转速比与该分支
的多个转速比的对应关系的第二变量及表征所述第一变量与所述第二变量乘积的第三变
量;所述风机变频调控方案包括:各变频风机的目标运行转速。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述基于通风网络解算方法对所述通风网
络模型进行风量分配计算,并基于风量分配计算结果调整所述通风网络模型,直至所述通
风网络模型中风机的模拟工况与实际工况匹配,包括:
采用基于回路风量的通风网络解算方法对所述通风网络模型进行风量分配计算,得到
风量分配计算结果;
基于阻力测定方式对巷道风阻参数进行调整,直至所述风量分配计算结果与实测巷道
风量的对比误差在设定阈值内;
基于所述风量分配计算结果得到所述通风网络模型中风机的模拟工况;
判断风机的模拟工况与实际工况是否匹配,若否,则调整所述通风网络模型的模型参
数,直至所述通风网络模型中风机的模拟工况与实际工况匹配。
3 .根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述设定优化模型如下所示:
权 利 要 求 书
1/3 页
2
CN 115203861 A
2
其中,Z为优化目标,ω
1
为第一权重系数,ω
2
为第二权重系数,ω
3
为第三权重系数,ω
4
为第三权重系数,F为所有风机分支f的集合,q
f ,j
为第j条分支的风机风量,h
f ,j
为第j条分支
的风机风压,N
d
表示所有按需分风分支的集合, 为第j条按需分风分支按需分风范围上限
偏差量,q
j
为第j条按需分风分支按需分风范围下限偏差量, 为j第条分支的最佳工况
风量范围上限偏差量,q
f ,j
为第j条分支的最佳工况风量范围下限偏差量, 为第j条分支
的最佳工况风压范围上限偏差量,h
f ,j
为第j条分支的最佳工况风压范围下限偏差量,N为通
风网络的分支数,J为通风网络的节点数,a
ij
为节点与分支的关系,q
j
为第j条按需分风分支
的风量,M为通风网络的独立回路数,h
j
为第j条分支风压的代数和,b
ij
为分支与回路的关
系,v
j ,min
为第j条分支允许风速下限,S
j
为第j条分支的巷道断面面积,v
j ,max
为第j条分支允
许风速上限,h
f ,j
为调整转速后第j条分支的风机风压,a
j ,0
,a
j ,1
,a
j ,2
为调整转速前第j条分
支的风机特性曲线拟合系数,n
j
表示第j条分支在风机调整转速后和调整转速前的转速比 ,
q
f ,j
为调整转速后第j条分支的风机风量,h
f ,j ,min
为第j条分支的风机风压下限,h
f ,j ,max
为第j
条分支的风机风压上限,N
j
为第j条分支的实际运行的转速,N
j ,min
为第j条分支的可调节风
机转速下限,N
j ,max
为第j条分支的可调节风机转速上限,q
f ,j ,min
为第j条分支的允许风机风
量下限,q
f ,j ,max
为第j条分支的允许风机风量上限,η
j
为第j条分支的风机运转效率,C
j
为第j
条分支要求的最低风机运转效率,q
j ,min
为第j条按需分风分支的允许风量下限,q
j ,max
为第j
条按需分风分支的允许风量上限。
权 利 要 求 书
2/3 页
3
CN 115203861 A
3
4 .根据权利要求3所述的方法,其特征在于,所述基于井下通风风量需求和所述多级机
站通风系统对应的设定优化模型,生成至少一个待选的风机变频调控方案,包括:
根据井下通风风量需求,设定所述设定优化模型的各权重系数以及决策变量;
基于设定的权重系数以及决策变量,利用所述设定优化模型求解出至少一个待选的风
机变频调控方案。
5 .根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述基于所述至少一个待选的风机变频调
控方案与所述井下通风风量需求,确定最佳的风机变频调控方案,包括:
采用基于回路风量的通风网络解算方法,对所述至少一个待选的风机变频调控方案进
行风量分配计算,得到各风机变频调控方案对应的风量分配计算结果;
将所述各风机变频调控方案对应的风量分配计算结果与基于所述井下通风风量需求
确定的按需分风分支的分配风量进行比对,确定最佳的风机变频调控方案。
6 .根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述方法还包括:
基于所述最佳的风机变频调控方案调控所述多级机站通风系统。
7 .一种多级机站通风系统风机变频优化装置,其特征在于,包括:
通风网络模型获取模块,用于获取多级机站通风系统的通风网络模型;
通风网络模型优化模块,用于基于通风网络解算方法对所述通风网络模型进行风量分
配计算,并基于风量分配计算结果调整所述通风网络模型,直至所述通风网络模型中风机
的模拟工况与实际工况匹配;
调控方案生成模块,用于基于井下通风风量需求和所述多级机站通风系统对应的设定
优化模型,生成至少一个待选的风机变频调控方案;
调控方案选取模块,用于基于所述至少一个待选的风机变频调控方案与所述井下通风
风量需求,确定最佳的风机变频调控方案;
其中,所述设定优化模型为多目标的混合整数线性规划模型,包括以下优化目标:通风
风机功率最小目标、最佳按需通风需求目标、最佳工况风机风量目标及最佳工况风机风压
目标;所述设定优化模型的决策变量为0‑1整型决策变量,包括:表征按需分风分支的风量
与该分支的多个风量值的对应关系的第一变量、表征风机分支调整前后的转速比与该分支
的多个转速比的对应关系的第二变量及表征所述第一变量与所述第二变量乘积的第三变
量;所述风机变频调控方案包括:各变频风机的目标运行转速。
8.一种电子设备,其特征在于,包括:处理器和用于存储能够在处理器上运行的计算机
程序的存储器,其中,
所述处理器,用于运行计算机程序时,执行权利要求1至6任一项所述方法的步骤。
9.一种存储介质,所述存储介质上存储有计算机程序,其特征在于,所述计算机程序被
处理器执行时,实现权利要求1至6任一项所述方法的步骤。
权 利 要 求 书
3/3 页
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CN 115203861 A
4
多级机站通风系统风机变频优化方法、装置及设备
技术领域
[0001]
本申请涉及通风控制领域,尤其涉及一种多级机站通风系统风机变频优化方法、
装置及设备。
背景技术
[0002]
矿井通风的目的,就是给采矿作业区供给足量的新鲜空气,及时将井下污浊空气
排出地表,改善矿井通风环境,强化安全生产标准,为井下职工创造一个良好的、舒适的作
业环境。
[0003]
相比于大主扇通风系统,多级机站通风系统(multi‑fanstation ventilation
system)更加可控,在金属矿山应用较为普遍。该多级机站通风系统是指由多级进风、回风
机站将地面新鲜空气压送到作业采区并将污浊空气排出矿井的工程设施体系,其中,多风
机串并联及多级机站级联的方式使得通风系统更加可调可控,提高了通风系统的效率并降
低了通风能耗。
[0004]
然而,随着智能化控制技术的发展,多级机站通风系统亟需实现智能变频调控。
发明内容
[0005]
有鉴于此,本申请实施例提供了一种多级机站通风系统风机变频优化方法、装置
及设备,旨在实现多级机站通风系统的智能变频调控,满足无人值守的控制需求。
[0006]
本申请实施例的技术方案是这样实现的:
[0007]
本申请实施例提供了一种多级机站通风系统风机变频优化方法,包括:
[0008]
获取多级机站通风系统的通风网络模型;
[0009]
基于通风网络解算方法对所述通风网络模型进行风量分配计算,并基于风量分配
计算结果调整所述通风网络模型,直至所述通风网络模型中风机的模拟工况与实际工况匹
配;
[0010]
基于井下通风风量需求和所述多级机站通风系统对应的设定优化模型,生成至少
一个待选的风机变频调控方案;
[0011]
基于所述至少一个待选的风机变频调控方案与所述井下通风风量需求,确定最佳
的风机变频调控方案;
[0012]
其中,所述设定优化模型为多目标的混合整数线性规划模型,包括以下优化目标:
通风风机功率最小目标、最佳按需通风需求目标、最佳工况风机风量目标及最佳工况风机
风压目标;所述设定优化模型的决策变量为0‑1整型决策变量,包括:表征按需分风分支的
风量与该分支的多个风量值的对应关系的第一变量、表征风机分支调整前后的转速比与该
分支的多个转速比的对应关系的第二变量及表征所述第一变量与所述第二变量乘积的第
三变量;所述风机变频调控方案包括:各变频风机的目标运行转速。
[0013]
在一些实施例中,所述基于通风网络解算方法对所述通风网络模型进行风量分配
计算,并基于风量分配计算结果调整所述通风网络模型,直至所述通风网络模型中风机的
说 明 书
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