一种水流能量收集设备及方法技术

本申请提供了一种水流能量收集设备及方法，本申请提供的设备包括传感组件、运动组件以及控制组件；运动组件于水流能量收集区域中，传感组件按照预设位置排布在运动组件四周；控制组件包括预先训练好的控制模型；射流喷射装置贯穿运动装置；运动装置为中空的圆柱运动管；圆柱运动管通过连接头以及连接杆与导轨装置连接；射流喷射装置包括水泵、水管、内水流通道和多个射流口；射流口的方向与水流来向之间的夹角分别为90

【技术实现步骤摘要】
一种水流能量收集设备及方法


[0001]本申请涉及水流能量收集
，特别涉及一种水流能量收集设备及方法。

技术介绍

[0002]20世纪以来，人类对电力的需求几乎是每十年增加一倍，而目前的主要的发电形式是水利发电、火力发电和核能发电。三种主要形式所占的地位因各国的能量的构成的不同而异，但是世界上以火力发电为主，占到总发电的60％
‑
70％以上。随着化石能源的不断地消耗，以及对于核能发电的垃圾处理问题的难题，使得水力发电愈显得重要。
[0003]目前水力发电的方法为兴建的不同类型的水电站，利用的水能主要是蕴藏在水体中的位能，将水的位能转换成电能。水流能量收集设备是一种广泛运用于水力发电中的装置。水流能量收集设备收集因水流对运动装置的冲击带来的能量。水流对运动装置造成卡门涡街效应，使得运动装置在垂直于水流的同一水平面上进行垂直运动，传动机构将这种垂直运动传递给发电机从而实现发电。
[0004]由于现有技术中的水流能量收集设备中的运动装置只是随着水流带来的涡激共振效应而运动，缺乏对水流流畅的主动控制，使得能量收集效率比较低下。

技术实现思路

[0005]本申请提供了一种水流能量收集设备及方法，可用于现有技术中水流能量收集效率低下的技术问题。
[0006]第一方面，本申请实施例提供一种水流能量收集设备，所述设备包括：
[0007]传感组件、运动组件以及控制组件；
[0008]所述运动组件于水流能量收集区域中，所述传感组件按照预设位置排布在所述运动组件四周；所述控制组件与所述运动组件以及所述传感组件电连接；
[0009]所述控制组件包括预先训练好的控制模型；
[0010]所述运动组件包括射流喷射装置、运动装置、导轨装置、传动装置、发电装置以及支撑装置；
[0011]所述射流喷射装置贯穿所述运动装置；所述运动装置垂直设置于水流能量收集区域中，水流的来流方向；
[0012]所述运动装置为中空的圆柱运动管；
[0013]所述圆柱运动管通过连接头以及连接杆与所述导轨装置连接；所述连接头包括上端连接头，以及下端连接头；
[0014]所述导轨装置安装在运动装置的上下端；所述的传动装置安装在所述导轨装置上，所述传动装置的一端与所述发电装置相连接，所述传动装置的另一端与所述运动装置相连接；
[0015]所述运动装置以及所述发电装置设置于所述支撑装置处；
[0016]所述射流喷射装置包括水泵、水管、内水流通道和多个射流口；所述射流口的方向
与所述水流来向之间的夹角分别为90
°
、180
°
以及270
°
，所述射流口均设置在所述运动装置的边缘；所述内水流通道连接各个射流口，并贯穿所述运动装置；所述水泵经所述水管与所述内水流通道相连接；
[0017]所述控制模型控制所述射流口处喷出的水流对应的质量流量。
[0018]结合第一方面，在第一方面的一种可实现方式中，所述传感组件包括多个传感器，其中，第一部分的传感器按照每10
°
的弧度为间隔均匀排布在所述圆柱运动管的四周，并形成两个传感器圆环；第二部分的传感器在所述圆柱运动管垂直来流方向密集排布；第三部分的传感器在远离来流入口的方形区域内排布。
[0019]结合第一方面，在第一方面的一种可实现方式中，所述导轨装置包括导轨以及弹簧，所述弹簧一端连接运动装置，一端连接连杆；所述导轨中间设置有滑槽；所述运动装置限制在所述滑槽中运动。
[0020]结合第一方面，在第一方面的一种可实现方式中，所述传动装置包括齿轮和齿条；所述齿条通过细连接杆和所述下端连接头相连；所述齿条和所述齿轮啮合。
[0021]结合第一方面，在第一方面的一种可实现方式中，所述支撑装置包括导轨底座、发电机底座以及水泵底座。
[0022]第二方面，本申请实施例提供一种水流能量收集方法，所述方法应用于一项所述的水流能量收集设备，所述设备包括传感组件、运动组件以及控制组件；所述运动组件包括射流喷射装置、运动装置、导轨装置、传动装置、发电装置以及支撑装置；所述方法包括：
[0023]将所述运动组件按照预定方向，放置于水流能量收集区域中；
[0024]所述传感组件收集各个传感器处的水流速度，并将所述水流速度发送至所述控制组件；
[0025]所述控制组件将所述水流速度输入预先训练好的控制模型中，获取目标质量流量，并发出控制指令；所述控制指令用于指示所述射流喷射装置喷射出所述目标质量流量。
[0026]结合第二方面，在第二方面的一种可实现方式中，所述控制模型为神经网络模型，所述神经网络模型通过深度强化学习进行参数优化。
[0027]结合第二方面，在第二方面的一种可实现方式中，所述控制模型包括4层；
[0028]其中，第一层为输入层，输入层对应151个传感器的所述水流速度；
[0029]第二层为第一隐藏层，节点数目为512；
[0030]第三层为第二隐藏层，节点数目为512；
[0031]第四层为输出层，节点数目为3，分别对应同一截面上的三个射流口的水流的所述目标质量流量。
[0032]结合第二方面，在第二方面的一种可实现方式中，对所述控制模型进行训练过程中，学习率设为0.001，最大循环次数为2000。
[0033]结合第二方面，在第二方面的一种可实现方式中，所述深度强化学习采用局部策略优化算法，每个循环次数中射流口喷射80次，算法优化器采用adam优化器，所述神经网络模型中的参数频率设置为每20次更新一次；强化学习的奖励函数为：
[0034]r＝|x|
[0035]|
·
|指绝对值，x是圆柱运动管的位移值
[0036]强化学习更新神经网络的成本函数为：
[0037][0038]θ是代表实际控制策略的参数，θ
′
是用于训练的控制策略的参数；
[0039]E
(st，at)
是整个控制过程的期望奖励值；
[0040]P
θ
(a
t
|s
t
)是指神经网络模型在θ控制策略下在状态s
t
下执行动作a
t
的概率；
[0041]P
θ
′
(a
t
|s
t
)是指神经网络模型在θ
′
控制策略下在状态s
t
下执行动作a
t
的概率；
[0042]A
θ
′
是评估θ
′
控制策略优劣的参数。
[0043]本申请实施例提供的设备，在运动装置的三个方向上设置有三组射流口，以及对应的内水流管道和一个拉瓦尔形状的射流口，内水流管道给射流口提供射流来源，射流口喷射的水流会改变外部水流作用在运动装置上的力，加本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种水流能量收集设备，其特征在于，所述设备包括：传感组件、运动组件以及控制组件；所述运动组件于水流能量收集区域中，所述传感组件按照预设位置排布在所述运动组件四周；所述控制组件与所述运动组件以及所述传感组件电连接；所述控制组件包括预先训练好的控制模型；所述运动组件包括射流喷射装置、运动装置、导轨装置、传动装置、发电装置以及支撑装置；所述射流喷射装置贯穿所述运动装置；所述运动装置垂直设置于水流能量收集区域中，水流的来流方向；所述运动装置为中空的圆柱运动管(3)；所述圆柱运动管(3)通过连接头(6)以及连接杆(7)与所述导轨装置连接；所述连接头(6)包括上端连接头，以及下端连接头；所述导轨装置安装在运动装置的上下端；所述的传动装置安装在所述导轨装置上，所述传动装置的一端与所述发电装置相连接，所述传动装置的另一端与所述运动装置相连接；所述运动装置以及所述发电装置设置于所述支撑装置处；所述射流喷射装置包括水泵(1)、水管(2)、内水流通道(4)和多个射流口(5)；所述射流口(5)的方向与所述水流来向之间的夹角分别为90
°
、180
°
以及270
°
，所述射流口(5)均设置在所述运动装置的边缘；所述内水流通道(4)连接各个射流口(5)，并贯穿所述运动装置；所述水泵(1)经所述水管(2)与所述内水流通道(4)相连接；所述控制模型控制所述射流口(5)处喷出的水流对应的质量流量。2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述传感组件包括多个传感器，其中，第一部分的传感器按照每10
°
的弧度为间隔均匀排布在所述圆柱运动管(3)的四周，并形成两个传感器圆环；第二部分的传感器在所述圆柱运动管(3)垂直来流方向密集排布；第三部分的传感器在远离来流入口的方形区域内排布。3.根据权利要求2所述的设备，其特征在于，所述导轨装置包括导轨(13)以及弹簧(8)，所述弹簧(8)一端连接运动装置，一端连接连杆(12)；所述导轨(13)中间设置有滑槽；所述运动装置限制在所述滑槽中运动。4.根据权利要求3所述的设备，其特征在于，所述传动装置包括齿轮(11)和齿条(10)；所述齿条(10)通过细连接杆(9)和所述下端连接头相连；所述齿条(10)和所述齿轮(11)啮合。5.根据权利要求4所述的设备，其特征在于，所述支撑装置包括导轨底座(14)、发电机底座(15)以及水泵底座(16)。6.一种水流能量收集方法，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：梅宇飞，吴威涛，陈军，郑纯，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：