阅读说明：本技术 一种电动汽车风力发电系统 (electric automobile wind power generation system ) 是由 杨长庆 周才平 周继波 于 2019-10-22 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种电动汽车风力发电系统,包括：物理层与网络技术层,本发明提供了一种电动汽车风力发电系统的方案,对于汽车风力发电系统运行要求,从物理层及网络层技术两个方面进行风电架构的设计及系统开发,并且本方案基于云计算技术以及5G网络、风力发电机运行与用户用电需求的大数据分析,最大化利用汽车行驶中的风力资源,对风力发电数据实现智能化处理,实现风力发电业务与网络的深度融合,通过提高复杂的异构风场下的云计算能力,针对不同的风力场景和用户用电进行决策,实现发电机发电和控制效率将用户用电需求特性考虑在内的精细化、个性化风电设计部署,发电技术更加智能化,为用户提供更灵活、更高效、更优质的发电应用。(The invention discloses electric automobile wind power generation systems, which comprise a physical layer and a network technology layer, and provides a scheme of electric automobile wind power generation systems, wherein the design and the system development of a wind power framework are carried out from two aspects of the physical layer and the network layer technology according to the operation requirements of the automobile wind power generation systems, the scheme is based on a cloud computing technology and the large data analysis of a 5G network and the operation of a wind power generator and the power consumption requirements of users, the wind power resources in the running process of an automobile are utilized to the maximum extent, the intelligent processing of wind power generation data is realized, the deep fusion of wind power generation services and the network is realized, the decision is carried out according to different wind power scenes and the power consumption of the users by improving the cloud computing capacity under a complex heterogeneous wind field, the refined and personalized wind power design deployment with the power generation and control efficiency taking the power consumption requirement characteristics of the users into consideration is realized, the power generation technology is more intelligent, and more flexible, efficient and higher-quality.)

一种电动汽车风力发电系统

技术领域

本发明涉及汽车发电技术领域，具体是指一种电动汽车风力发电系统。

背景技术

电动汽车风力发电应用，其核心理念是全新的新能源(风力资源)开发利用设计和运维管理模式，为电动汽车用户提供近似无限量续航里程的极致用户体验。利用汽车高速行驶中风能发电是最具有大规模开发和商业利用价值的发电方式由于其在减轻污染，减少温室气体排放，促进可持续发展方面的突出作用，越来越多地受到人们重视，开发设计工作可靠、效率高、成本低的风力发电装置具有极大经济价值。

发电机是将风能收集的机械能变成电能，传统的发电机是按输入稳定的转距和转速设计的，无法适应风能输出的变化转距和转速，汽车风力发电是利用汽车高速行驶过程中的风阻，通过风力涡轮机或风轮，将获取的风能转换成旋转机械能驱动，再通过专用发电机将风能转化成电能，由于大多数情况下，风能的不确定和风速的不稳定形成风能的异构风况风场，传统并网型风力发电技术，一直致力于复杂风况下的发电运行问题，具体技术手段包括：叶片调速装置、齿轮调速装置、偏航保护技术、失速控制、制动系统、发电机定子线圈测温装置、发电机转子测速装置等等，在一定程度上缓解了发电机在低风速下的轻载和大风速的过载等问题，然而传统风力发电机是按输入稳定的转距和转速设计的，发电机对发电工作转速有着严苛的要求，无法适应异构风能输出的瞬时变化转距和转速，因此不能有效解决汽车行驶中所有风况下的运行问题

汽车风力发电机装置必须保证其在各种行驶风况、气候条件下能够长期安全运行，还必须考虑湍流和其他极端风况，能够应对风压系数的异常变化，气流与叶片分离的“失速效应”等等，在寒冷地区，发电装置还必须有防冰冻措施。

在风力发电领域中，以风能为表征的大尺度衰弱是风力发电衰减的重要因素，同时由于过大风速导致发电机转速过载对发电机的伤害也是致命的，风速的变化是汽车风力发电面临的最为复杂的挑战之一，行驶中大量不稳定的风能会极大恶化发电机转速及稳定的电流输出，特别是气候、道路状况和车速的变化带来的风能动态变化，使得风力发电运行机制变得更为复杂。

风力资源一直是影响汽车风电系统总体性能的关键因素，也直接影响风电设备供电能力和终端用户的用电体验。风力资源作为汽车风力发电技术乃至风电供应产业持续创新发展的核心资源和重要载体，在满足风力发电的同时，还需应对风力发电机运行面临的诸多挑战。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案为：一种电动汽车风力发电系统，其特征在于，包括：物理层与网络技术层；

其中物理层包括：

发电终端模块，用于接收风能，实现终端风力发电；

智能感知模块，用于获取风能信号；获取发电机转速信息、用户用电信息；

网络技术层包括：

云计算控制中心模块，与多个发电终端模块、智能感知模块连接，利用汽车行驶中的风力资源，控制各个发电终端模块，使发电终端模块的发电机转速与风速的匹配；与其他功能模块进行数据传输从而实现发电终端的集中管控；建立中心数据库，存储发电相关信息；对中心数据库中的数据进行分析并根据数据分析结果建立以用户用电需求为中心的发电控制策略；

其他功能模块包括：

集中控制模块，与云计算控制中心模块进行数据传输，利用5G网络簇化集中控制以及云计算控制中心的数据对发电终端进行处理及反馈，实现汽车发电机动态关闭或打开以及终端合理的用电选择；提高发电能效和风力利用率；

发电感知预测模块，用于预测并识别用户的用电需求，并将用电需求信息发送至云计算控制中心模块与集中控制模块；

风能发现与选择模块，与云计算控制中心模块进行数据传输，能够响应终端风力发电选择的请求，协助终端发现可用风能，并根据发电终端的上限风力信息与用户用电需求信息控制处理发电终端在不同风力系统间选择接入发电状态；

发电机触发切换模块，与云计算控制中心模块进行数据传输，根据云计算控制中心模块获取的风力信息快速进入发电模式并调整发电终端的发电状态；

风力发电边界确定模块，与云计算控制中心模块、集中控制模块进行数据传输，根据风能与风力机发电终端的最佳运行关系，确定发电终端的工作运行区间范围，确定发电机启动和停止边界；

5G网络的发电自配置及自优化模块，与集中控制模块进行数据传输，将发电终端与5G网络信令传输动态协同，配置发电负载均衡及优化参数，控制发电终端优化发电量；

风能系统间接入模块，与云计算控制中心模块进行数据传输，连接发电终端模块，所述风能系统间接入模块根据发电终端模块当前风力信息、发电运行转速信息输出发电策略信息并将发电策略信息传输至云计算控制中心模块；

可用风能发现分配模块，与云计算控制中心模块、集中控制模块进行数据传输，控制发电终端在可用风能发现分配及不同风力场景之间实现切换；

风力资源管理模块，与云计算控制中心模块进行数据传输，用于对云计算控制中心模块存储的风轮转速、发电机运行数据进行管理控制，并通过云计算控制中心将风能资源采集与发电输出操作数据进行资源复用与共享；

风力分配模块，与云计算控制中心模块、集中控制模块进行数据传输，获取风力资源信息并分配风力资源协调控制发电终端，并控制发电终端的发电接入；

风力发电关断休眠模块，与云计算控制中心模块、集中控制模块进行数据传输，判断最优的发电关断和休眠策略，并据此控制策略实现发电终端的关断和休眠控制；

发电量统计及用电计费规划模块，与云计算控制中心模块、集中控制模块进行数据传输，对发电终端的发电量进行实时监测管理，提供根据发电量统计和用电计费方案。

作为改进，所述发电终端模块采用多个可扩展风速数据速率及转速的、可以支持多能级风速运行的双凸极直流发电机。

作为改进，所述云计算控制中心模块中心数据库中的发电信息包括风能环境信息、风力指数信息、发电机转速信息、发电机空载信息、发电机短路信息、发电机外特性信息、发电机励磁电流智能分配信息、负载均衡信息、网络信息、用户用电信息。

作为改进，所述集中控制模块包括对用户透明的发电选择单元，用于将终端发电机转速与风能匹配；支持云集中控制的发电控制单元，用于发电终端的自动接入控制、智能关断控制、失速控制、过载保护控制；多电融合控制单元，用于同时对多个发电终端进行控制。

作为改进，所述发电感知预测模块的实现方法，包括研究用户用电需求及发电业务模型，确定大概率业务需求；通过机器的自主学习，利用设备的自动识别技术，标识出所有发电的业务需求；根据发电业务需求，对风力发电实施进行虚拟分区，同时配合历史数据和大数据统计分析技术，预测新的风力发电需求；对虚拟分区进行二次划分，进而为发电技术的自组织、自优化提供基础条件。

作为改进，所述发电机触发切换模块对发电终端发电状态的调整包括自启动配置调整，自优化智能关断调整，并对发电机转速进行监控，将发电机转速信息、用电信息回传至云计算控制中心模块。

作为改进，所述风力发电启动和停止边界确定模块的实现方法，包括研究风力及发电机最佳运行数学模型，确定大概率发电终端运行的最大及最小运行模式，同时配合云计算控制中心模块的历史数据的大数据分析，校正数学模型，预测得到发电终端工作运行区间范围，进而确定发电终端的风力发电机工作运行边界，并在确定边界的基础上对控制进行虚拟划分，动态生成风电运行边界虚拟控制。

作为改进，所述风力资源管理模块的数据管理为发电输入操作包括发电终端的风能输入建立、修改、删除。支持风能隔离，保护发电终端。

作为改进，所述风力分配模块为集中式分配方式和分布式分配方式。

作为改进，所述风力发电智能关断休眠模块的实现方法，包括根据智能感知模块得到汽车蓄电量统计结果，利用发电机关断和休眠优化模型，计算最优的发电关断和休眠策略。

作为改进，还包括发电系统安全模块，所述发电系统安全模块的实现方法包括，当特定的功能或硬件设备不可用时，获取故障信息，将故障从发电设备中剥离出来，集中控制模块通过5G网络协调使得发电终端与5G核心网快速物理连通。

作为改进，所述云计算控制中心模块包括独立运行的控制面与用户面，所述控制面可增加风电业务逻辑，形成用户面可编程，所述用户面的处理功能可进行分解，分解之后的功能根据控制面下发的风电处理逻辑，进行用户面功能的调整组合。实现用户定制发电业务。

作为改进，所述云计算控制中心模块为可编程、可扩展的网络开放模块。

本发明具有如下优点：本发明提供了一种电动汽车风力发电系统的方案，对于汽车风力发电系统运行要求，从物理层及网络层技术两个方面进行风电架构的设计及系统开发，并且本方案基于云计算技术以及5G网络、风力发电机运行与用户用电需求的大数据分析，最大化利用汽车行驶中的风力资源，对风力发电数据实现智能化处理，实现风力发电业务与网络的深度融合，通过提高复杂的异构风场下的云计算能力，针对不同的风力场景和用户用电进行决策，实现发电机发电和控制效率将用户用电需求特性考虑在内的精细化、个性化风电设计部署，具备用户发电用电的业务感知力，发电技术更加智能化，为用户提供更灵活、更高效、更优质的发电应用。

附图说明

图1是本发明一种电动汽车风力发电系统的结构示意图。

图2是本发明一种电动汽车风力发电系统集中控制模块的结构示意图。

具体实施方式

结合附图

一种电动汽车风力发电系统，包括：物理层与网络技术层；

其中物理层包括：

发电终端模块，用于接收风力，实现终端风力发电；所述发电终端模块采用支持多个可扩展风速数据速率及转速的多相电励磁双凸极直流发电机；由于电励磁双凸极电机的输出为二极管整流电路，通过励磁调节保持输出直流电源不因转速和负载大小而变，同时电励磁双凸极电机转子结构简单，仅由硅钢片叠压而成，转子上没有永磁体和励磁绕组，特别适合于在高温、高速和恶劣环境下工作，由于其系统结构简单，无需复杂的变换器的优点，适合用作汽车风力发电终端。

智能感知模块，用于获取风能信号；通过云计算系统和5G技术实现发电机转速与电流双闭环控制。

网络技术层包括：

云计算控制中心模块，与多个发电终端模块、智能感知模块连接，控制各个发电终端模块使发电终端模块的发电机转速与风速智能匹配；与其他功能模块进行数据传输从而实现发电终端的集中管控；建立中心数据库，存储发电相关信息；对中心数据库中的数据进行分析并根据数据分析结果建立以用户为中心的发电控制策略；云计算控制中心模块提供多种风能配置，使得发电终端模块可以支持多能级风速运行，利用风能信号处理算法，对不同的风况进行集中化分配，匹配发电机转速，实现对风力发电机更多的控制和资源复用，提升发电机硬件工作能力，进而满足不同风力场景下的苛刻需求；其中云计算控制中心模块中心数据库中的发电信息包括风能环境信息、风力指数信息、发电机转速信息、发电机空载、短路信息、发电机励磁电流智能分配信息、发电机外特性信息、发电机调节特性信息、负载均衡信息、网络信息、用户用电信息。通过部署复杂异构风场下的云计算控制，发电业务从风力响应模式变为预测和主动操作模式。

由云计算控制中心差异化精确适配风能，优化发电功率控制机制，使汽车风力发电机转速基于实际发电业务需求，获得更优的发电综合性能，避免在复杂的风况下，发电机风力负载不均衡、频繁系统内和系统间切换等问题，实现风力发电最佳化，同时保证风力资源的最大化利用；

云计算控制中心模块为可编程、可扩展的网络开放模块，云计算控制中心模块包括独立运行的控制面与用户面，所述控制面可增加风电业务逻辑，用户面可实现编程，所述用户面的处理功能可进行分解，分解之后的功能根据控制面下发的风电处理逻辑，进行用户面功能的调整组合。构建出发电功能部署的逻辑组合控制架构，根据用电业务和发电需求，实现功能模块的高效集成与协作，发电机运行转速，随风力弹性伸缩、故障隔离和自愈。

其他功能模块包括：

集中控制模块，与云计算控制中心模块进行数据传输，利用5G网络簇化集中控制以及云计算控制中心的数据对发电终端进行处理及反馈，实现汽车发电机动态关闭或打开以及终端合理的用电选择；集中控制模块将复杂的发电程序或其他处理任务从终端迁移至云计算数据处理中心，利用云计算或数据处理中心强大的数据处理能力以及高速的网络传输，实现终端风电运行的处理及反馈，缩减终端的处理任务，提升风力发电终端能效。

集中控制模块还包括对用户透明的发电选择单元，用于将终端发电机转速与风能匹配；支持云集中控制的发电控制单元，用于发电终端的自动接入控制、智能关断控制、失速控制、过载保护控制；融合各控制单元，用于同时对多个发电终端进行控制。

发电感知预测模块，用于预测并识别用户的用电需求，并将用电需求信息发送至云计算控制中心模块与集中控制模块；发电感知预测模块通过研究用户用电需求及发电业务模型，确定大概率业务需求；通过机器的自主学习，利用设备的自动识别技术，标识出所有发电的业务需求；根据发电业务需求，对风力发电实施进行虚拟分区，同时配合历史数据和大数据统计分析技术，预测新的风力发电需求；对虚拟分区进行二次划分，进而为发电技术的自组织、自优化提供基础条件。

风能发现与选择模块，与云计算控制中心模块进行数据传输，能够响应终端风力发电选择的请求，协助终端发现可用风能，并根据发电终端的上限风力信息与用户用电需求信息控制处理发电终端在不同风力系统间选择接入发电状态。

发电机触发切换模块，与云计算控制中心模块进行数据传输，根据云计算控制中心模块获取的风力信息快速进入发电模式并调整发电终端的发电状态；发电机触发切换模块对发电终端发电状态的调整包括自启动配置调整，自优化智能关断调整，监控发电机转速，将发电机转速信息、用电信息回传至云计算控制中心模块。

风力发电边界确定模块，与云计算控制中心模块、集中控制模块进行数据传输，根据风能与风力机发电终端的最佳运行关系，确定发电终端的工作运行边界；风力发电启动和停止边界确定模块的实现方法，包括研究风力及发电机最佳运行数学模型，确定大概率发电终端运行的最大及最小运行模式，同时配合云计算控制中心模块的历史数据及大数据分析，校正数学模型，预测得到发电终端工作运行区间范围，进而确定发电终端的风力发电机工作运行边界，并在确定边界的基础上对控制进行虚拟划分，动态生成风电运行边界虚拟控制。

5G网络的发电自配置及优化模块，与集中控制模块进行数据传输，将发电终端运行与5G网络信令传输动态协同，完成风力资源最优分配与发电业务最优调度，发电终端根据当前风压和风能负载数据，动态配置发电负载均衡及优化参数，控制发电终端优化发电量。

风能系统间接接入模块，与云计算控制中心模块进行数据传输，连接发电终端模块，所述风能系统间接接入模块根据发电终端模块当前风力信息、发电运行转速信息输出发电策略信息并将发电策略信息传输至云计算控制中心模块；包括发电规则优先级、优先接入发电信息、有效风力信息、风力过载信息、失速信息等。

可用风能发现分配模块，与云计算控制中心模块、集中控制模块进行数据传输，控制发电终端在可用风能发现分配及不同风力场景之间实现无缝切换；提供更短的风能发现时间和更高效的风力资源利用，高效管理和分配可用风力发电发现资源。

风力资源管理模块，与云计算控制中心模块进行数据传输，用于对云计算控制中心模块存储的风轮转速、发电机运行数据进行管理控制，并通过云计算控制中心将数据进行共享与隔离；形成一个发电机转速控制资源池，风力资源应能够在不同转速的发电机实现普遍风能共享，有效应对行驶中复杂异构风力风压的挑战，使发电机转速与风速快速匹配，合理地风力资源分配。风力资源管理模块的数据管理包括发电终端的风能输入建立、修改、删除；并支持风能隔离，保护发电机。

风力分配模块，与云计算控制中心模块、集中控制模块进行数据传输，风力分配模块为集中式分配方式和分布式分配方式，集中式算法由集中单元控制风力分配和发电接入过程，分布式算法中每一级风力指数都参与风能分配决策，提高风力检测控制过程的灵敏度和可靠性，获取风力资源信息并分配风力资源协调控制发电终端，并控制发电终端的发电接入；

风力发电关断休眠模块，与云计算控制中心模块、集中控制模块进行数据传输，判断最优的发电关断和休眠策略，风力发电智能关断休眠模块是根据智能感知模块得到汽车蓄电量统计结果，利用发电机关断和休眠优化模型，计算最优的发电关断和休眠策略。并据此控制策略管控发电终端的关断和休眠；

发电量统计及用电计费规划模块，与云计算控制中心模块、集中控制模块进行数据传输，对发电终端的发电量进行实时监测管理。提供根据发电量统计和用电计费方案。

发电装置系统安全模块，所述发电系统安全模块的实现方法是在需要的时间需要的地点实现***署包括发生失败事件，发电终端不可用时获取故障信息，数据信息很容易地更改位置重新存储，将故障从发电设备中剥离出来。云计算平台意外失效时，集中控制模块通过5G网络协调使得发电终端与5G核心网连通。支持故障弱化而不是全部中断。

多电融合及多电功率控制模块，与云计算控制中心模块、集中控制模块进行数据传输，通过集中控制模块、5G技术、云计算控制网络深度融合，能够实现一台汽车保持多台发电终端设备同时发电形成多通道供电的发电结构，提高发电容量和大功率供电，通过多电间负载均衡可增强供电的可靠性，多台发电机并联工作时，功率控制系统具有发电机间并联均流功能，提高发电性能实现多电与终端用电匹配。发电终端集成多台风力发电机，具有更多的发电设备、供电能力，提供汽车蓄电池和汽车动力用电的冗余传输。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上对本发明及其实施方式进行了描述，这种描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。总而言之如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。