基于單神經(jīng)元權(quán)系數(shù)的風(fēng)電機(jī)組獨(dú)立變槳控制

基于單神經(jīng)元權(quán)系數(shù)的風(fēng)電機(jī)組獨(dú)立變槳控制隨著電力市場(chǎng)的發(fā)展和對(duì)環(huán)境保護(hù)的要求不斷提高，風(fēng)能作為一種清潔、可再生的能源得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中，風(fēng)電機(jī)組是核心設(shè)備之一。風(fēng)電機(jī)組的控制效率直接關(guān)系到風(fēng)力發(fā)電的效益和可靠性。其中，獨(dú)立變槳控制技術(shù)可以使葉片角度根據(jù)風(fēng)速的變化實(shí)時(shí)調(diào)整，從而提高風(fēng)電機(jī)組的發(fā)電效率。

單神經(jīng)元權(quán)系數(shù)是一種基于生物神經(jīng)元工作原理的控制算法。它模擬了人類(lèi)大腦中神經(jīng)元的計(jì)算過(guò)程，并應(yīng)用于復(fù)雜的控制系統(tǒng)中。在風(fēng)電機(jī)組獨(dú)立變槳控制中，單神經(jīng)元權(quán)系數(shù)算法可以實(shí)現(xiàn)智能化控制，優(yōu)化風(fēng)電機(jī)組的風(fēng)能捕捉能力和穩(wěn)定性。

一、單神經(jīng)元權(quán)系數(shù)算法原理

單神經(jīng)元權(quán)系數(shù)算法的核心是神經(jīng)元模型，它由輸入層、加權(quán)和、激活函數(shù)和輸出層組成。輸入層將輸入信號(hào)傳遞給神經(jīng)元，加權(quán)和將各個(gè)輸入信號(hào)與對(duì)應(yīng)的權(quán)值相乘求和，激活函數(shù)對(duì)加權(quán)和進(jìn)行轉(zhuǎn)換，輸出層將轉(zhuǎn)換后的輸出信號(hào)傳遞出去。該算法主要包括以下步驟：

1.輸入層：將風(fēng)速信息和葉片位置信息輸入神經(jīng)元；

2.權(quán)系數(shù)更新：根據(jù)誤差信號(hào)和學(xué)習(xí)率動(dòng)態(tài)更新權(quán)重系數(shù)，以優(yōu)化控制效果；

3.加權(quán)和計(jì)算：各輸入信號(hào)與對(duì)應(yīng)的權(quán)值相乘求和；

4.激活函數(shù)運(yùn)算：對(duì)加權(quán)和進(jìn)行非線性變換，輸出非線性激活值；

5.輸出層：輸出控制信號(hào)，控制葉片角度實(shí)現(xiàn)獨(dú)立變槳。

二、風(fēng)電機(jī)組獨(dú)立變槳控制

1.控制策略

在風(fēng)電機(jī)組獨(dú)立變槳控制中，葉片角度的變化需要根據(jù)風(fēng)速信息實(shí)時(shí)調(diào)整。可以設(shè)置一個(gè)反饋回路，將當(dāng)前風(fēng)速信息與期望的葉片角度相對(duì)應(yīng)，計(jì)算誤差信號(hào)，再送入神經(jīng)元進(jìn)行處理。根據(jù)神經(jīng)元的輸出，控制電機(jī)調(diào)整葉片角度，實(shí)現(xiàn)獨(dú)立變槳。

2.神經(jīng)元模型

根據(jù)神經(jīng)元的工作原理，可以構(gòu)建一個(gè)單層前饋神經(jīng)元模型。輸入層設(shè)置兩個(gè)輸入節(jié)點(diǎn)，分別是當(dāng)前風(fēng)速和葉片位置，輸出層包含一個(gè)輸出節(jié)點(diǎn)，代表控制信號(hào)。為了使神經(jīng)元的控制效果更好，需要對(duì)權(quán)重系數(shù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)更新。這里采用最小均方誤差算法，通過(guò)誤差信號(hào)驅(qū)動(dòng)權(quán)重系數(shù)不斷調(diào)整，使輸出信號(hào)趨近于期望信號(hào)。

3.實(shí)時(shí)控制

在風(fēng)電機(jī)組實(shí)時(shí)控制過(guò)程中，需要不斷采集風(fēng)速和葉片位置信息，并將其輸入神經(jīng)元進(jìn)行計(jì)算。在神經(jīng)元的輸出信號(hào)控制下，電機(jī)實(shí)時(shí)調(diào)整葉片角度，使其根據(jù)風(fēng)速變化實(shí)現(xiàn)獨(dú)立變槳。為了保證控制的穩(wěn)定性和魯棒性，需要對(duì)神經(jīng)元的學(xué)習(xí)率、閾值等參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整。

三、優(yōu)點(diǎn)和應(yīng)用

利用單神經(jīng)元權(quán)系數(shù)算法實(shí)現(xiàn)風(fēng)電機(jī)組獨(dú)立變槳控制具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1.具有自適應(yīng)性，可以根據(jù)實(shí)時(shí)風(fēng)速變化進(jìn)行角度調(diào)整，提高風(fēng)電機(jī)組的發(fā)電效率；

2.控制效果穩(wěn)定，能夠有效應(yīng)對(duì)復(fù)雜的控制環(huán)境，提高風(fēng)電機(jī)組的穩(wěn)定性；

3.具有智能化特點(diǎn)，在控制過(guò)程中可以動(dòng)態(tài)調(diào)整權(quán)重系數(shù)，適應(yīng)不同的控制需求。

基于單神經(jīng)元權(quán)系數(shù)的風(fēng)電機(jī)組獨(dú)立變槳控制技術(shù)已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。在實(shí)際風(fēng)電場(chǎng)中，通過(guò)優(yōu)化控制策略和參數(shù)調(diào)整，該技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)更高的發(fā)電效率和穩(wěn)定性，降低風(fēng)電機(jī)組的成本和維護(hù)費(fèi)用，推動(dòng)風(fēng)能產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展。為了進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，需要首先收集相關(guān)數(shù)據(jù)。在風(fēng)電機(jī)組獨(dú)立變槳控制中，我們需要收集的數(shù)據(jù)包括風(fēng)速信息、葉片位置信息、獨(dú)立變槳控制信號(hào)、電功率等。

一、風(fēng)速數(shù)據(jù)分析

風(fēng)速是影響風(fēng)電機(jī)組發(fā)電效率的關(guān)鍵因素之一。為了分析風(fēng)速數(shù)據(jù)，我們需要首先對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和統(tǒng)計(jì)。以下是一組模擬數(shù)據(jù)，包含100個(gè)時(shí)間點(diǎn)下的風(fēng)速數(shù)據(jù)：

|時(shí)間點(diǎn)|風(fēng)速（m/s）|

|:----:|:---------:|

|1|6.5|

|2|7.3|

|3|5.6|

|...|...|

|100|8.1|

1.數(shù)據(jù)處理和統(tǒng)計(jì)

對(duì)風(fēng)速數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和統(tǒng)計(jì)，可以了解到數(shù)據(jù)的分布規(guī)律和變化趨勢(shì)。首先，我們可以計(jì)算風(fēng)速的平均值、標(biāo)準(zhǔn)差、最大值和最小值，以了解風(fēng)速的分布情況。以下是計(jì)算結(jié)果：

||風(fēng)速（m/s）|

|:---:|:--------:|

|平均值|7.4|

|標(biāo)準(zhǔn)差|1.1|

|最大值|9.1|

|最小值|5.2|

從上表可以看出，這組數(shù)據(jù)中的風(fēng)速平均值為7.4m/s，標(biāo)準(zhǔn)差為1.1m/s，說(shuō)明風(fēng)速的分布相對(duì)集中，波動(dòng)較小。最大風(fēng)速為9.1m/s，最小風(fēng)速為5.2m/s，說(shuō)明風(fēng)速存在一定的變化幅度。

此外，為了更直觀地觀察風(fēng)速的變化趨勢(shì)，可以繪制折線圖或散點(diǎn)圖。以下是該組數(shù)據(jù)的風(fēng)速變化折線圖：


從上圖可以看出，風(fēng)速的變化趨勢(shì)較為平穩(wěn)，波動(dòng)不太明顯。

2.數(shù)據(jù)分析和結(jié)論

針對(duì)上述風(fēng)速數(shù)據(jù)，我們需要進(jìn)行以下分析和結(jié)論：

（1）風(fēng)速數(shù)據(jù)的分布相對(duì)集中，說(shuō)明這個(gè)風(fēng)電場(chǎng)中風(fēng)速較為穩(wěn)定，變化幅度較小；

（2）最大風(fēng)速和最小風(fēng)速相差較大，說(shuō)明受到環(huán)境和氣象等因素的影響，風(fēng)速還是存在一定的波動(dòng)和不確定性；

（3）風(fēng)速變化趨勢(shì)較為平穩(wěn)，波動(dòng)不太明顯，說(shuō)明獨(dú)立變槳控制可以有效應(yīng)對(duì)風(fēng)速的變化，保證風(fēng)電機(jī)組的穩(wěn)定性和效率。

二、葉片位置數(shù)據(jù)分析

葉片位置是決定風(fēng)能捕捉能力的重要參數(shù)之一。為了分析葉片位置數(shù)據(jù)，我們需要收集葉片旋轉(zhuǎn)角度的數(shù)據(jù)并對(duì)其進(jìn)行處理和統(tǒng)計(jì)。以下是一組模擬數(shù)據(jù)，包含100個(gè)時(shí)間點(diǎn)下的葉片位置數(shù)據(jù)：

|時(shí)間點(diǎn)|葉片位置（°）|

|:----:|:-----------:|

|1|10|

|2|12|

|3|11|

|...|...|

|100|9.5|

1.數(shù)據(jù)處理和統(tǒng)計(jì)

對(duì)葉片位置數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和統(tǒng)計(jì)，可以了解到葉片旋轉(zhuǎn)角度的分布規(guī)律和變化趨勢(shì)。首先，我們可以計(jì)算葉片位置的平均值、標(biāo)準(zhǔn)差、最大值和最小值，以了解葉片位置的分布情況。以下是計(jì)算結(jié)果：

||葉片位置（°）|

|:-----:|:--------:|

|平均值|11.3|

|標(biāo)準(zhǔn)差|1.2|

|最大值|13.7|

|最小值|8.5|

從上表可以看出，這組數(shù)據(jù)中的葉片位置平均值為11.3°，標(biāo)準(zhǔn)差為1.2°，說(shuō)明葉片位置的分布相對(duì)集中，波動(dòng)較小。最大葉片位置為13.7°，最小葉片位置為8.5°，說(shuō)明葉片位置存在一定的變化幅度。

此外，為了更直觀地觀察葉片位置的變化趨勢(shì)，可以繪制折線圖或散點(diǎn)圖。以下是該組數(shù)據(jù)的葉片位置變化折線圖：


從上圖可以看出，葉片位置的變化趨勢(shì)也較為平穩(wěn)，波動(dòng)不太明顯。

2.數(shù)據(jù)分析和結(jié)論

針對(duì)上述葉片位置數(shù)據(jù)，我們需要進(jìn)行以下分析和結(jié)論：

（1）葉片位置數(shù)據(jù)的分布相對(duì)集中，說(shuō)明這個(gè)風(fēng)電場(chǎng)中的葉片旋轉(zhuǎn)角度變化相對(duì)穩(wěn)定，波動(dòng)較小；

（2）最大葉片位置和最小葉片位置相差較大，說(shuō)明葉片位置還是存在一定的波動(dòng)和不確定性；

（3）葉片位置變化趨勢(shì)較為平穩(wěn)，波動(dòng)不太明顯，說(shuō)明獨(dú)立變槳控制可以確保葉片角度始終處于最佳狀態(tài)，從而保證風(fēng)能捕捉效率的最大化。

三、獨(dú)立變槳控制信號(hào)分析

獨(dú)立變槳控制信號(hào)是控制葉片角度的重要參數(shù)之一。為了分析獨(dú)立變槳控制信號(hào)的有效性和穩(wěn)定性，我們需要收集該信號(hào)的數(shù)據(jù)并進(jìn)行處理和統(tǒng)計(jì)。以下是一組模擬數(shù)據(jù)，包含100個(gè)時(shí)間點(diǎn)下的獨(dú)立變槳控制信號(hào)數(shù)據(jù)：

|時(shí)間點(diǎn)|獨(dú)立變槳控制信號(hào)（°）|

|:----:|:-----------------:|

|1|0|

|2|0.2|

|3|1|

|...|...|

|100|3|

1.數(shù)據(jù)處理和統(tǒng)計(jì)

對(duì)獨(dú)立變槳控制信號(hào)進(jìn)行處理和統(tǒng)計(jì)，可以了解到該信號(hào)的分布規(guī)律和變化趨勢(shì)。首先，我們可以計(jì)算該信號(hào)的平均值、標(biāo)準(zhǔn)差、最大值和最小值，以了解該信號(hào)的分布情況。以下是計(jì)算結(jié)果：

||獨(dú)立變槳控制信號(hào)（°）|

|:------:|:------------------:|

|平均值|1.2|

|標(biāo)準(zhǔn)差|1.1|

|最大值|4|

|最小值|0|

從上表可以看出，這組數(shù)據(jù)中的獨(dú)立變槳控制信號(hào)平均值為1.2°，標(biāo)準(zhǔn)差為1.1°，說(shuō)明該信號(hào)的分布相對(duì)集中，波動(dòng)較小。最大信號(hào)值為4°，最小信號(hào)值為0°，說(shuō)明該信號(hào)存在一定的變化幅度。

此外，為了更直觀地觀察該信號(hào)的變化趨勢(shì)，可以繪制折線圖或散點(diǎn)圖。以下是該組數(shù)據(jù)的獨(dú)立變槳控制信號(hào)變化折線圖：


從上圖可以看出，控制信號(hào)的變化趨勢(shì)也較為平穩(wěn)，波動(dòng)在較小的范圍內(nèi)。

2.數(shù)據(jù)分析和結(jié)論

針對(duì)上述獨(dú)立變槳控制信號(hào)數(shù)據(jù)，我們需要進(jìn)行以下分析和結(jié)論：

（1）獨(dú)立變槳控制信號(hào)的分布相對(duì)集中，說(shuō)明控制系統(tǒng)能夠穩(wěn)定地控制葉片角度；

（2）最大信號(hào)值和最小信號(hào)值相差較大，說(shuō)明即使在控制系統(tǒng)運(yùn)行良好的情況下，該信號(hào)依然存在一定波動(dòng)和不確定性；

（3）獨(dú)立變槳控制信號(hào)變化趨勢(shì)較為平穩(wěn)，波動(dòng)不太明顯，說(shuō)明控制系統(tǒng)能夠及時(shí)準(zhǔn)確地響應(yīng)風(fēng)速變化，實(shí)現(xiàn)葉片角度的獨(dú)立變槳控制。

四、電功率數(shù)據(jù)分析

電功率是風(fēng)電機(jī)組輸出電能的重要參數(shù)之一。為了分析電功率數(shù)據(jù)，我們需要收集風(fēng)電機(jī)組輸出電功率的數(shù)據(jù)并進(jìn)行處理和統(tǒng)計(jì)。以下是一組模擬數(shù)據(jù)，包含100個(gè)時(shí)間點(diǎn)下的風(fēng)電機(jī)組輸出電功率數(shù)據(jù)：

|時(shí)間點(diǎn)|電功率（kW）|

|:----:|:---------:|

|1|156|

|2|162|

|3|148|

|...|...|

|100|174|

1.數(shù)據(jù)處理和統(tǒng)計(jì)

對(duì)電功率數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和統(tǒng)計(jì)，可以了解到輸出電功率的分布規(guī)律和變化趨勢(shì)。首先，我們可以計(jì)算電功率的平均值、標(biāo)準(zhǔn)差、最大值和最小值，以了解電功率的分布情況。以下是計(jì)算結(jié)果：

||電功率（kW）|

|:---:|:--------:|

|平均值|163.3|

|標(biāo)準(zhǔn)差|6.5|

|最大值|179|

|最小值|148|

從上表可以看出，本文將結(jié)合一個(gè)基于MATLABSimulink軟件的風(fēng)電機(jī)組獨(dú)立變槳控制的案例進(jìn)行分析和總結(jié)。該案例包含了仿真模型的搭建、參數(shù)的設(shè)定和結(jié)果的分析等，能夠有效地展示風(fēng)電機(jī)組獨(dú)立變槳控制的優(yōu)勢(shì)和應(yīng)用價(jià)值。

I.案例簡(jiǎn)介

1.案例背景

風(fēng)電機(jī)組的輸出電力受到風(fēng)速和葉片位置等因素的影響。傳統(tǒng)的變槳控制方法通常采用集中式控制，即所有葉片的角度同時(shí)受到控制。而獨(dú)立變槳控制則可以對(duì)每個(gè)葉片的角度進(jìn)行獨(dú)立控制，從而實(shí)現(xiàn)更精準(zhǔn)的控制效果。本案例旨在模擬風(fēng)電機(jī)組獨(dú)立變槳控制的過(guò)程，并探討其優(yōu)勢(shì)和應(yīng)用價(jià)值。

2.案例模型

本案例采用MATLABSimulink軟件構(gòu)建了基于獨(dú)立變槳控制的風(fēng)電機(jī)組模型。該模型由風(fēng)速信號(hào)、葉片位置信號(hào)、獨(dú)立變槳控制器和輸出電力等模塊組成。模型參數(shù)設(shè)定如下：

-風(fēng)速信號(hào)：取自實(shí)際風(fēng)電場(chǎng)采集的風(fēng)速數(shù)據(jù)，范圍為5-9m/s之間，具有一定的波動(dòng)性和不確定性；

-葉片位置信號(hào)：采用正弦波函數(shù)模擬，散布在4°-16°之間，具有一定的波動(dòng)性和不確定性；

-獨(dú)立變槳控制器：采用PID控制算法，對(duì)每個(gè)葉片的角度進(jìn)行獨(dú)立控制；

-輸出電力：根據(jù)風(fēng)速和葉片角度等參數(shù)，計(jì)算風(fēng)電機(jī)組的輸出電力。

3.案例流程

本案例的流程如下：

(1)收集風(fēng)速數(shù)據(jù)，并將其輸入到模型中。

(2)生成葉片位置信號(hào)，然后將其輸入到模型中。

(3)模型對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行處理和控制，計(jì)算輸出電力。

(4)分析輸出結(jié)果，評(píng)估獨(dú)立變槳控制的優(yōu)勢(shì)和應(yīng)用價(jià)值。

II.結(jié)果分析

通過(guò)運(yùn)行上述模型，我們可以得到風(fēng)速、葉片位置和輸出電力等數(shù)據(jù)的變化趨勢(shì)。以下是對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析的結(jié)果。

1.風(fēng)速數(shù)據(jù)分析

針對(duì)該模型的風(fēng)速數(shù)據(jù)，我們進(jìn)行了以下分析。

(1)風(fēng)速分布規(guī)律

該模型中的風(fēng)速數(shù)據(jù)呈現(xiàn)較為平緩的波動(dòng)趨勢(shì)，說(shuō)明風(fēng)速的分布較為集中。下圖是風(fēng)速變化曲線圖。