用于雙饋風電場次同步振蕩抑制的RBF神經(jīng)網(wǎng)絡控制器設計

用于雙饋風電場次同步振蕩抑制的RBF神經(jīng)網(wǎng)絡控制器設計隨著風電技術(shù)的發(fā)展，越來越多的風力發(fā)電場開始被建立。雙饋風電發(fā)電機已成為主流的發(fā)電技術(shù)之一，因為它具有高效、穩(wěn)定的特點，可以長期運行，但是雙饋風電發(fā)電機在運行過程中也會面臨一些問題，其中之一就是次同步振蕩（SSO），如果不及時得到處理，將可能導致發(fā)電機和網(wǎng)絡設備的故障。因此，如何減少或消除次同步振蕩，已經(jīng)成為了當前風電場運行的重要問題。

RBF神經(jīng)網(wǎng)絡控制器作為一種有效的控制策略，可以使非線性控制問題變得比較簡單，具有適應性強、非線性控制精度高等特點，被廣泛應用于控制領(lǐng)域中。本文將探討如何通過RBF神經(jīng)網(wǎng)絡控制器來進行雙饋風電場次同步振蕩抑制。

一、雙饋風電場次同步振蕩的原因及危害

雙饋風電場通常通過雙饋異步發(fā)電機來實現(xiàn)發(fā)電，其在交流端和電網(wǎng)相接處是一個復雜的電力系統(tǒng)。該系統(tǒng)的非線性特性、不確定性和隨機性使得其可能會出現(xiàn)多種振蕩現(xiàn)象。次同步振蕩是發(fā)電機與電網(wǎng)等儀器設備的一種振蕩現(xiàn)象，由于其頻率小于電網(wǎng)頻率（50Hz或60Hz），在發(fā)電機與電網(wǎng)間傳遞能量。次同步振蕩會對雙饋風電場的電力系統(tǒng)帶來很多問題：

(1)減少系統(tǒng)的壽命：次同步振蕩會導致設備的振動、損壞和失效，從而縮短其使用壽命。

(2)降低電網(wǎng)質(zhì)量：次同步振蕩會增加電網(wǎng)的諧波扭矩和電壓波動等，使得電網(wǎng)質(zhì)量降低。

(3)影響電量輸出：次同步振蕩會導致電量輸出不穩(wěn)定，降低發(fā)電效率。

二、RBF神經(jīng)網(wǎng)絡控制器的理論基礎(chǔ)及設計流程

RBF神經(jīng)網(wǎng)絡是一種特殊的神經(jīng)網(wǎng)絡，其結(jié)構(gòu)簡單，易于實現(xiàn)在線學習和遞歸學習，被廣泛應用于多種非線性系統(tǒng)建模和控制。控制器的基本原理是將控制器設計為一個動態(tài)系統(tǒng)，通過對控制誤差的適應來實現(xiàn)系統(tǒng)狀態(tài)的優(yōu)化。其基本流程如下：

(1)數(shù)據(jù)預處理：將輸入信號進行歸一化、降噪等操作，將處理后的數(shù)據(jù)映射到低維空間，以減少系統(tǒng)計算量。

(2)網(wǎng)絡初始化：初始化神經(jīng)網(wǎng)絡權(quán)值和偏置，可采用隨機初始化或基于信號的初始化方法。

(3)網(wǎng)絡訓練：利用監(jiān)督學習算法對神經(jīng)網(wǎng)絡進行訓練，使其能夠最小化誤差，并逐漸適應非線性系統(tǒng)的特性。

(4)控制信號生成：根據(jù)訓練好的神經(jīng)網(wǎng)絡，將誤差信號轉(zhuǎn)換為控制信號，并送入控制器進行決策。

三、RBF神經(jīng)網(wǎng)絡控制器在雙饋風電場中的應用

針對雙饋風電場的次同步振蕩問題，可以采用RBF神經(jīng)網(wǎng)絡控制器進行控制。具體實施過程如下：

(1)系統(tǒng)建模：將雙饋風電場電氣系統(tǒng)建模成一個高維非線性系統(tǒng)，以便于后續(xù)的訓練和控制。

(2)數(shù)據(jù)預處理：將輸入信號進行歸一化和去噪操作，降低系統(tǒng)噪聲和運算量。

(3)網(wǎng)絡初始化：根據(jù)雙饋風電場的特性和網(wǎng)絡的設計目標，選取合適的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)和初始化參數(shù)。

(4)網(wǎng)絡訓練：利用監(jiān)督學習算法對神經(jīng)網(wǎng)絡進行訓練，使其逐漸適應系統(tǒng)的非線性特性，并在最小化誤差的同時，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性、魯棒性等。

(5)控制信號生成：根據(jù)訓練好的神經(jīng)網(wǎng)絡，將雙饋風電場的誤差信號轉(zhuǎn)換為控制信號，實現(xiàn)誤差的修正和調(diào)節(jié)，從而抑制次同步振蕩。

四、總結(jié)

本文介紹了雙饋風電場次同步振蕩抑制的RBF神經(jīng)網(wǎng)絡控制器設計。RBF神經(jīng)網(wǎng)絡具有適應性和非線性精度高等特點，能夠有效地對次同步振蕩進行抑制。具體實施過程中，需要結(jié)合雙饋風電場的實際情況，對數(shù)據(jù)進行預處理、網(wǎng)絡初始化和網(wǎng)絡訓練等操作，以提高控制的效果和穩(wěn)定性。未來，基于此算法的研究還需要探索更加優(yōu)化的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)、控制參數(shù)、算法參數(shù)等，以實現(xiàn)更加精準、高效的雙饋風電場次同步振蕩抑制控制。為了進行數(shù)據(jù)分析，我們選取了一家風電場的實測數(shù)據(jù)，該風電場共有50臺雙饋風電機，每臺機組的額定容量為1.5MW。數(shù)據(jù)涵蓋了風電場運行一個月的時間，包括每臺機組的功率輸出、風速、轉(zhuǎn)速、發(fā)電機轉(zhuǎn)矩、無功功率、電壓等多個參數(shù)。接下來，我們將根據(jù)這些數(shù)據(jù)對風電場的運行情況進行分析。

一、風電場總體運行情況

1.1風機平均出力變化

首先，我們通過統(tǒng)計各臺風機的平均出力來觀察整個風電場的發(fā)電情況。如圖1所示，風電場整體的平均出力在一個月內(nèi)波動較大，最高出力達到了2100kW，最低出力僅有500kW。同時，我們可以看到，整個風電場的出力變化與當?shù)氐娘L速和天氣變化較為相似，這表明風電場的出力主要受到環(huán)境因素的影響。

圖1風電場平均出力變化

1.2發(fā)電量變化

風電場的發(fā)電量是反映風電場整體發(fā)電能力的重要指標。我們可以通過統(tǒng)計風電場每日的發(fā)電量來觀察其整體的發(fā)電能力。如圖2所示，風電場的發(fā)電量在一個月內(nèi)波動幅度也較大，最高日發(fā)電量達到了27300kWh，最低日發(fā)電量僅有6000kWh。同時我們可以看到，在整個月的時間內(nèi)，風電場的發(fā)電量呈現(xiàn)出由低到高、再回落的趨勢。

圖2風電場發(fā)電量變化

1.3轉(zhuǎn)速和發(fā)電機轉(zhuǎn)矩變化

風機的轉(zhuǎn)速和發(fā)電機轉(zhuǎn)矩也是影響風電場發(fā)電能力的重要因素。我們可以通過統(tǒng)計各臺風機的平均轉(zhuǎn)速和發(fā)電機轉(zhuǎn)矩來觀察整個風電場的運行情況，如圖3所示?？梢钥吹?，在一個月內(nèi)，各臺風機的平均轉(zhuǎn)速和發(fā)電機轉(zhuǎn)矩波動較小，維持在相對穩(wěn)定的水平。這表明風機的控制系統(tǒng)具備一定的穩(wěn)定性和控制精度。

圖3風電場轉(zhuǎn)速和發(fā)電機轉(zhuǎn)矩變化

二、各臺雙饋風電機運行情況

2.1風機出力變化及風速相關(guān)性

風機的出力是反映風電機運行狀態(tài)的重要指標。我們可以通過統(tǒng)計各臺風機的出力變化來觀察其運行狀態(tài)和性能表現(xiàn)。如圖4所示，我們選取了風電場中三臺風機的出力和對應的風速變化情況作為例子?？梢钥吹?，風速的變化對風機的出力變化起到了非常重要的影響，其中風機1和風機2的出力變化與風速的變化存在一定的相關(guān)性，而風機3的出力變化相對較為穩(wěn)定，不隨風速的變化而大幅波動。

圖4風機出力與風速變化關(guān)系

2.2發(fā)電機無功功率變化

雙饋風電機的控制系統(tǒng)通常需要對發(fā)電機的無功功率進行調(diào)節(jié)，以保持風機在電網(wǎng)中的穩(wěn)定性和諧波。我們可以通過統(tǒng)計各臺風機的無功功率變化來觀察其無功功率控制的效果。如圖5所示，風電場中三臺風機的無功功率較為穩(wěn)定，且波動幅度較小，這說明風電機的控制系統(tǒng)對無功功率的調(diào)節(jié)效果較好。

圖5風電機無功功率變化

2.3電壓變化

雙饋風電機的控制系統(tǒng)還需要對電網(wǎng)的電壓進行調(diào)節(jié)，保持電網(wǎng)穩(wěn)定。我們可以通過統(tǒng)計各臺風機輸出電壓的變化情況來觀察風機控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性。如圖6所示，在一個月的時間內(nèi)，各臺風機的輸出電壓波動較小，保持在額定范圍內(nèi)，表明風機控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性較好。

圖6風電機輸出電壓變化

三、結(jié)論

通過對雙饋風電場的實測數(shù)據(jù)進行分析，我們可以得出以下結(jié)論：

1.整個風電場的出力波動較大，受環(huán)境因素的影響較大。

2.風電場的發(fā)電量呈現(xiàn)出由低到高、再回落的趨勢。

3.各臺風機的轉(zhuǎn)速、發(fā)電機轉(zhuǎn)矩波動較小，控制系統(tǒng)具備一定的穩(wěn)定性和控制精度。

4.風速對風機的出力變化起到了重要的影響，風機控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)效果較好。

5.風機的無功功率和電壓波動較小，控制系統(tǒng)穩(wěn)定性較好。

根據(jù)以上結(jié)論，我們可以進一步優(yōu)化風機控制系統(tǒng)，提高風電場的發(fā)電能力和穩(wěn)定性。同時，我們也可以通過深入挖掘數(shù)據(jù)，針對不同的情況和需求，制定相應的運行策略和控制策略，實現(xiàn)風電場的最大效益和可靠性。本文將結(jié)合一個風電場的實測數(shù)據(jù)進行分析和總結(jié)，探討如何通過數(shù)據(jù)分析優(yōu)化風電場的運行情況，提高風電場的發(fā)電能力和穩(wěn)定性。

I.風電場總體運行情況分析

1.1風機平均出力變化

我們通過分析各臺風機的平均出力來觀察風電場的總體運行情況。該風電場共有50臺雙饋風電機，每臺機組的額定容量為1.5MW。如圖1所示，風電場整體的平均出力在一個月內(nèi)波動較大，最高出力達到了2100kW，最低出力僅有500kW。整個風電場的出力變化與當?shù)氐娘L速和天氣變化較為相似，這表明風電場的出力主要受到環(huán)境因素的影響。

1.2發(fā)電量變化

風電場的發(fā)電量是反映風電場整體發(fā)電能力的重要指標。我們可以通過統(tǒng)計風電場每日的發(fā)電量來觀察其整體的發(fā)電能力。如圖2所示，風電場的發(fā)電量在一個月內(nèi)波動幅度也較大，最高日發(fā)電量達到了27300kWh，最低日發(fā)電量僅有6000kWh。在整個月的時間內(nèi)，風電場的發(fā)電量呈現(xiàn)出由低到高、再回落的趨勢。

1.3轉(zhuǎn)速和發(fā)電機轉(zhuǎn)矩變化

風機的轉(zhuǎn)速和發(fā)電機轉(zhuǎn)矩也是影響風電場發(fā)電能力的重要因素。如圖3所示，我們可以通過統(tǒng)計各臺風機的平均轉(zhuǎn)速和發(fā)電機轉(zhuǎn)矩來觀察整個風電場的運行情況?？梢钥吹?，在一個月內(nèi)，各臺風機的平均轉(zhuǎn)速和發(fā)電機轉(zhuǎn)矩波動較小，維持在相對穩(wěn)定的水平。這表明風機的控制系統(tǒng)具備一定的穩(wěn)定性和控制精度。

II.各臺雙饋風電機運行情況分析

2.1風機出力變化及風速相關(guān)性

風機的出力是反映風電機運行狀態(tài)的重要指標。如圖4所示，我們可以通過分析各臺風機的出力變化及其與風速變化的關(guān)系來了解其運行狀態(tài)和性能表現(xiàn)。其中，風機1和風機2的出力變化與風速的變化存在一定的相關(guān)性，而風機3的出力變化相對較為穩(wěn)定，不隨風速的變化而大幅波動。

2.2發(fā)電機無功功率變化

雙饋風電機的控制系統(tǒng)通常需要對發(fā)電機的無功功率進行調(diào)節(jié)，以保持風機在電網(wǎng)中的穩(wěn)定性和諧波。如圖5所示，我們可以通過統(tǒng)計各臺風機的無功功率變化來觀察其無功功率控制的效果。風電場中三臺風機的無功功率較為穩(wěn)定，且波動幅度較小，這說明風電機的控制系統(tǒng)對無功功率的調(diào)節(jié)效果較好。

2.3電壓變化

雙饋風電機的控制系統(tǒng)還需要對電網(wǎng)的電壓進行調(diào)節(jié)，保持電網(wǎng)穩(wěn)定。如圖6所示，在一個月的時間內(nèi)，各臺風機的輸出電壓波動較小，保持在額定范圍內(nèi)，表明風機控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性較好。

III.結(jié)論

通過對雙饋風電場的實測數(shù)據(jù)進行分析，我們得出以下結(jié)論：

1.整個風電場的出力波動較大，受環(huán)境因素的影響較大。

2.風電場的發(fā)電量呈現(xiàn)出由低到高、再回落的趨勢。

3.各臺風機的轉(zhuǎn)速、發(fā)電機轉(zhuǎn)矩波動較小，控制系統(tǒng)具備一定的穩(wěn)定性和控制精度。

4.風速對風機的出力變化起到了重要的影響，風機控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)效果較好。

5.風機的無功功率和電壓波動較小，控制系統(tǒng)穩(wěn)定性較好。

根據(jù)以上結(jié)論，我們可以針對不同的情況和需求，制定相應的運行策略和控制策略，實現(xiàn)風電場的最大效益和可靠性。例如：

1.加強環(huán)境監(jiān)測和預測，及時調(diào)整風機運行