1.一种基于在线RBF神经网络的风力发电机组运行状态监测方法,其特征在于,包括以下所示步骤:步骤(1):在风力发电机组正常运行状态下,按照数据采集系统固有的采样时间间隔采集数据,并将每个采样时刻采集的11个数据组成一个11×1维的数据向量;其中,每个采样时刻可采集的11个数据依次是:风速,旋翼转速,发电机转速,机械转矩,发电功率,叶片螺距角,叶片方位角,叶片根部力矩,顶部水平轴加速度,顶部纵轴加速度和偏航误差;
步骤(2):将风速介于切入风速和切出风速之间的n个数据向量x1,x2,…,xn组成矩阵X
11×n
=[x1,x2,…,xn],并根据公式 对X∈R 中的行向量
11×1
y1,y2,…,y11实施归一化处理从而得到新矩阵 其中,第i个数据向量xi∈R 中的
11×n
11个数据是按照步骤(1)中的顺序依次排列,i∈{1,2,…,n},R 表示11×n维的实数矩
11×1
阵,R表示实数集,R 表示11×1维的实数向量,yd表示矩阵X中第d行的行向量,d∈{1,
2,…,11}, 表示新矩阵 中第d行的行向量,yd(min)和yd(max)分别表示yd中元素的最小值和最大值;
步骤(3):对新矩阵 中的列向量 实施边缘程度分析,从而得到各个列向量对应的边缘程度指标β1,β2,…,βn,具体的实施过程如步骤(3.1)至步骤(3.6)所示;
n×n
步骤(3.1):计算 中的各个列向量之间的距离,从而组建距离矩阵ζ∈R ;其中,距离矩阵ζ中的第i行第j列元素ζ(i,j)等于 中的第i列向量 与第j列向量 之间的距离,即上标号T表示矩阵或向量的转置;
步骤(3.2):设置阈值δ等于ζ中所有元素的平均值后,再初始化i=1;
步骤(3.3):设置ζi表示距离矩阵ζ中的第i行向量后,根据ζi中不等于0且小于δ的元素所在的列,对应的将新矩阵 中相同列的列向量记录为 其中,ki表示ζi中不等于0且小于δ的元素总数;
步骤(3.4):根据如下所示公式①计算列向量 对应的法向量fi:上式中, 表示计算 与 之间的距离,b=1,
2,…,ki;
步骤(3.5):根据如下所示公式②计算列向量 对应的边缘程度指标βi:上式中,θb为二进制数,其取值规律如下所示:
步骤(3.6):判断是否满足条件i<n;若是,则设置i=i+1后,返回步骤(3.3);若否,则得到列向量 分别对应的边缘程度指标β1,β2,…,βn;
步骤(4):按照数值大小对β1,β2,…,βn进行降序排列后,将最大的M个边缘程度指标对应的列向量记录为基中心向量c1,c2,…,cM,将最小的m个边缘程度指标对应的列向量记录为基中心向量cM+1,cM+2,…,cM+m,再随机从其余n‑(M+m)个边缘程度指标对应的列向量中选取E个列向量并记录为基中心向量cM+m+1,cM+m+2,…,cM+m+E;其中,M+m+E小于n;
步骤(5):计算基中心向量c1,c2,…,cN两两之间的距离后,再将所有距离的平均值记录为基宽度γ;其中,N=M+m+E;
步骤(6):分别依次将列向量 当作RBF神经网络的输入向量,并根据如下所示公式④计算RBF神经网络中间层神经元的输出向量z1,z2,…,zn:N×1 N×1
上式中,zi∈R 表示第i个输出向量,i∈{1,2,…,n}, R表示N×1维的实数向量,e表示自然常数;
步骤(7):利用风力发电机组的数据采集系统,采集最新采样时刻的11个数据从而组成
11×1
数据向量xt∈R ,并判断xt中的第一个数据是否介于切入风速和切出风速之间;若是,则执行步骤(8);若否,则风力发电机处于脱机状态,并重复本步骤(7)继续利用最新采样时刻的数据向量实施运行状态监测;其中,xt中的11个数据是按照步骤(1)中的顺序依次排列的,下标号t表示最新采样时刻;
步骤(8):先根据公式 对xt中的各个数据实
施归一化处理得到数据向量 后,再将 当作RBF神经网络的输入向量,从而根据如下所示N×1公式⑤计算RBF神经网络中间层神经元的输出向量zt∈R ;其中,xt(d)和 分别表示xt和 中的第d个数据;
T
步骤(9):根据公式Gt=(zt‑μ)(zt‑μ) 计算出矩阵Gt后,求解广义特征值问题Gtpt=λN×1tLpt中最大特征值λt对应的特征向量pt∈R ,再根据公式 计算得到RBF神N×n经网络输出层神经元的权重向量wt;其中,均值向量μ=(z1+z2+…+zn)/n,均值矩阵U∈RT是由n个均值向量μ组成,Z=[z1,z2,…,zn],L=(Z‑U)(Z‑U) ;
步骤(10):根据公式 和 分别计算监测指标
n×1
qt和参考向量Q∈R 后,再将Q中的最大值记录为Qt;其中,diag{}表示将花括号内矩阵对角线元素转变成列向量的操作;
步骤(11):判断是否满足条件:qt≤Qt;若是,则当前采样时刻风力发电机组运行正常,并返回步骤(7);若否,则执行步骤(12);
步骤(12):返回步骤(7)继续利用最新采样时刻的数据实施风力发电机组的运行状态监测;若连续6个采样时刻的监测指标皆不满足步骤(11)中的判断条件,则触发工作异常警报,并及时安排人员进行维护;反之,则风力发电机组正常运行,并返回步骤(7)继续实施对风力发电设备的状态监测。