專利名稱：通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)估計風(fēng)力渦輪機(jī)的可實現(xiàn)發(fā)電量的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于產(chǎn)生電力的風(fēng)力渦輪機(jī)領(lǐng)域。特別地，本發(fā)明涉及用于估計以降
低的功率設(shè)定點運行的風(fēng)力渦輪機(jī)的可實現(xiàn)發(fā)電量的方法及控制系統(tǒng)。此外，本發(fā)明設(shè)計 風(fēng)力渦輪機(jī)以及用于控制上述功率估計方法的計算機(jī)程序。
背景技術(shù)：
風(fēng)能逐漸被認(rèn)識是一種用于補充甚至是代替其他能源(例如礦物燃料)的可行選 擇。在風(fēng)能的早期發(fā)展中，將大多數(shù)風(fēng)力渦輪機(jī)構(gòu)造成以恒定速度運行。然而，最近的趨勢 是朝著使用可變速風(fēng)力渦輪機(jī)來更好的捕獲有效風(fēng)力發(fā)展。在多數(shù)情況下，可調(diào)節(jié)風(fēng)力渦 輪機(jī)葉片俯仰角以控制可變速風(fēng)力渦輪機(jī)的運行。 當(dāng)供到供電網(wǎng)絡(luò)的電力大于從供電網(wǎng)絡(luò)中提取的電力時，整個供電網(wǎng)絡(luò)的頻率將 會增加。這基于連接到供電網(wǎng)絡(luò)的風(fēng)力渦輪機(jī)不能將它們產(chǎn)生的所有的功率傳輸?shù)焦╇娋W(wǎng) 絡(luò)的事實。因此，所產(chǎn)生電力的所產(chǎn)生交流電流(AC)的頻率將增加。典型地，不僅一臺風(fēng) 力渦輪機(jī)表現(xiàn)這種行為，而是風(fēng)力渦輪機(jī)場的多個風(fēng)力渦輪機(jī)。因此，產(chǎn)生的功率大于使用 者功率的功率不平衡可引起供電網(wǎng)絡(luò)的頻率的整體提高。 為了避免這種頻率變化，已知的是以降低的功率設(shè)定點來運行風(fēng)力渦輪機(jī)使得供 給到供電網(wǎng)絡(luò)的電力將減小，并且可至少近似地實現(xiàn)在傳輸?shù)焦╇娋W(wǎng)絡(luò)的電力和從供電網(wǎng) 絡(luò)移除的電力之間的功率平衡。為了保證穩(wěn)定的供電網(wǎng)絡(luò)，甚至法律規(guī)定要求這種降低的 功率設(shè)定點。 風(fēng)力渦輪機(jī)以降低的功率設(shè)定點運行的原因典型地不在風(fēng)力渦輪機(jī)操作者的影 響范圍內(nèi)。因此，風(fēng)力渦輪機(jī)的操作者典型地將會得到與可實現(xiàn)發(fā)電量有關(guān)但跟實際發(fā)電 量無關(guān)的收益。因此，對風(fēng)力渦輪機(jī)的操作者來說非常希望能夠總是準(zhǔn)確可靠地了解其風(fēng) 力渦輪機(jī)的可實現(xiàn)發(fā)電量。當(dāng)然，可實現(xiàn)發(fā)電量極大地取決于實際風(fēng)況。已知的是通過測量風(fēng)速(例如風(fēng)力渦輪機(jī)外罩頂端的風(fēng)速)來估計風(fēng)力渦輪機(jī)的
可實現(xiàn)發(fā)電量，并且基于測量的風(fēng)速來計算可實現(xiàn)發(fā)電量。這個眾所周知的用于估計可實 現(xiàn)發(fā)電量的程序具有結(jié)果通常并不十分準(zhǔn)確的缺點。 因此需要促進(jìn)以降低的功率設(shè)定點運行的風(fēng)力渦輪機(jī)的可實現(xiàn)發(fā)電量的估計的
準(zhǔn)確性。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)獨立權(quán)利要求的主題將會滿足此種需要。本發(fā)明的有益實施例通過從屬權(quán)利 要求描述。 根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了用于估計以降低的功率設(shè)定點運行的風(fēng)力渦輪機(jī) 的可實現(xiàn)發(fā)電量的方法。提供的方法包括(a)確定表示風(fēng)力渦輪機(jī)的運行狀況的至少兩 個參數(shù)的值；(b)將該至少兩個參數(shù)的值輸入到神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中；和(c)從神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)輸出輸出 值，其中，輸出值是對風(fēng)力渦輪機(jī)的可實現(xiàn)發(fā)電量的估計。
本發(fā)明的第一方面是基于下列想法通過利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，可極大地降低計算以降 低的功率設(shè)定點運行的風(fēng)力渦輪機(jī)的可實現(xiàn)發(fā)電量所必需的計算功率。換句話說，估計過 程可由具有相對小的計算功率的簡單處理裝置執(zhí)行。這可提供下述優(yōu)點該簡單處理裝置 可安裝在每個由能源公司操作的風(fēng)力渦輪機(jī)上而不會增加風(fēng)力渦輪機(jī)的初始成本。特別 地，該簡單處理裝置可設(shè)在風(fēng)力渦輪機(jī)的控制單元內(nèi)，該裝置總用于控制對應(yīng)風(fēng)力渦輪機(jī) 的運行。 如果例如提供的電力的交流電流(AC)頻率太高，對風(fēng)力渦輪機(jī)使用降低的功率 設(shè)定點可能是必要的。這種情況可能是例如風(fēng)力渦輪機(jī)供到供電網(wǎng)絡(luò)的電力大于由也連接 到供電網(wǎng)絡(luò)的終端用戶消耗的電力。換句話說，如果供給到供電網(wǎng)絡(luò)的電力未使用，供電網(wǎng) 絡(luò)的交流電流頻率將增加。如果至少一個連接到電網(wǎng)的風(fēng)力渦輪機(jī)以降低的功率設(shè)定點運 行以維持供到供電網(wǎng)絡(luò)的電力(a)與從供電網(wǎng)絡(luò)移除的電力(b)之間的平衡，那么這種頻 率增加可避免。因此，具有要求風(fēng)力渦輪機(jī)的所有人相應(yīng)地適應(yīng)風(fēng)力渦輪機(jī)的功率設(shè)定點 的法律規(guī)定。然而，由于功率設(shè)定點的降低不在風(fēng)力渦輪機(jī)的操作者的影響范圍內(nèi)的這樣 的情況，因此，操作者會得到與可實現(xiàn)發(fā)電量有關(guān)但跟實際發(fā)電量無關(guān)的收益。因此，對風(fēng) 力渦輪機(jī)的操作者來說非常希望能夠總是可靠地了解可能具有最佳功率設(shè)定點的可實現(xiàn) 發(fā)電量。當(dāng)然，可實現(xiàn)發(fā)電量極大地取決于實際風(fēng)況。 根據(jù)本發(fā)明的實施例，三個表示風(fēng)力渦輪機(jī)的運行狀況的參數(shù)值被確定并輸入進(jìn) 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。因此，第一參數(shù)為風(fēng)力渦輪機(jī)的實際發(fā)電量，第二參數(shù)為風(fēng)力渦輪機(jī)的轉(zhuǎn)子的葉 片俯仰角，第三參數(shù)為轉(zhuǎn)子速度。這可提供以下優(yōu)點基于三個輸入?yún)?shù)，即實際發(fā)電量，俯 仰角和轉(zhuǎn)子速度，可保證高精度的功率估計。高精度的功率估計基于整個轉(zhuǎn)子平面，并不是 簡單基于用于已知功率估計程序的單一風(fēng)速測量值。 根據(jù)本發(fā)明的進(jìn)一步實施例，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)為已經(jīng)在測量數(shù)據(jù)方面受過訓(xùn)練的神經(jīng)網(wǎng) 絡(luò)。這可提供以下優(yōu)點非?？煽康膶嶒灁?shù)據(jù)可用于訓(xùn)練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。 例如，實驗數(shù)據(jù)可通過葉片俯仰角在一個時期內(nèi)的變化獲得，在此時期內(nèi)，風(fēng)況不 會改變或只是可忽略的改變。因此，葉片俯仰角可從最佳角度變到次最佳角度，這導(dǎo)致與風(fēng) 力渦輪機(jī)的降低的功率設(shè)定點相對應(yīng)的降低的發(fā)電量。當(dāng)然，當(dāng)改變?nèi)~片俯仰角時，多個不 同的降低的發(fā)電量可被確定，其中，每個降低的發(fā)電量與次最佳角度位置和/或降低一定 量的功率設(shè)定點相對應(yīng)。 根據(jù)本發(fā)明的進(jìn)一步實施例，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)為已經(jīng)在計算數(shù)據(jù)方面受過訓(xùn)練的神經(jīng)網(wǎng) 絡(luò)。特別地，計算數(shù)據(jù)可從詳細(xì)的數(shù)值計算中獲得，這些詳細(xì)的數(shù)值計算考慮了風(fēng)力渦輪機(jī) 的整個空氣動力學(xué)行為，尤其是風(fēng)力渦輪機(jī)的轉(zhuǎn)子的空氣動力學(xué)行為。因此，在其它事項 中，轉(zhuǎn)子的葉片尺寸和形狀應(yīng)被考慮進(jìn)去。 根據(jù)本發(fā)明的進(jìn)一步實施例，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)包括多個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點，該網(wǎng)絡(luò)節(jié)點布置在神 經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的三個層中。因此，第一層被稱為輸入層，第二層被稱為隱藏層，第三層被稱為輸出層。 所述的具有三層的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可提供以下優(yōu)點功率估計可通過相當(dāng)簡單的結(jié) 構(gòu)來執(zhí)行，其允許對神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行快速訓(xùn)練。這意味著在已經(jīng)完成了一些訓(xùn)練順序以后，對 于功率估計過程，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可產(chǎn)生合理的結(jié)果。 根據(jù)本發(fā)明的進(jìn)一步實施例，(a)被分配到神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的第一層的所有第一網(wǎng)絡(luò)元件連接到被分配到神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)第二層的所有第二網(wǎng)絡(luò)元件，并且(b)被分配到神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)第二 層的所有第二網(wǎng)絡(luò)元件連接到被分配到神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)第三層的所有第三網(wǎng)絡(luò)元件。這可提供以 下優(yōu)點神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)呈現(xiàn)高度對稱結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)可進(jìn)一步促進(jìn)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練程序。
根據(jù)本發(fā)明的進(jìn)一步方面，提供了用于估計以降低的功率設(shè)定點運行的風(fēng)力渦 輪機(jī)的可實現(xiàn)發(fā)電量的控制系統(tǒng)。所提供的控制系統(tǒng)包括(a)用于確定表示風(fēng)力渦輪機(jī) 的運行狀況的至少兩個參數(shù)的值的確定單元；(b)適于接受該至少兩個參數(shù)的值的神經(jīng)網(wǎng) 絡(luò)；以及(c)用于從神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)輸出輸出值的輸出單元，其中，輸出值為風(fēng)力渦輪機(jī)的可實現(xiàn) 發(fā)電量的估計。 本發(fā)明的該進(jìn)一步方面基于如下想法上述用于估計以降低的功率設(shè)定點運行的 風(fēng)力渦輪機(jī)的可實現(xiàn)發(fā)電量的方法可通過所述控制系統(tǒng)執(zhí)行或控制，該方法可在已知的風(fēng) 力渦輪機(jī)內(nèi)很容易地實施。因此，可容易地將已知類型的風(fēng)力渦輪機(jī)轉(zhuǎn)換成新型風(fēng)力渦輪 機(jī)，該新型風(fēng)力渦輪機(jī)可適于執(zhí)行上述方法的任何實施例。 分別通過軟件類的計算機(jī)程序可實現(xiàn)所述控制系統(tǒng)。然而，也可通過一個或多個 分別為硬件類的特殊的電子電路來實現(xiàn)控制系統(tǒng)。此外，控制系統(tǒng)也可以兩種混合的形式 被實現(xiàn)，例如，軟件模塊和硬件模塊的結(jié)合。 根據(jù)本發(fā)明的進(jìn)一步方面，提供了用于產(chǎn)生電力的風(fēng)力渦輪機(jī)。所提供的風(fēng)力渦
輪機(jī)包括(a)具有至少一個葉片的轉(zhuǎn)子，其中轉(zhuǎn)子可繞旋轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)且該至少一個葉片
相對于旋轉(zhuǎn)軸線徑向延伸；(b)機(jī)械地聯(lián)接轉(zhuǎn)子的發(fā)電機(jī)；以及(C)如上所述的控制系統(tǒng)。 本發(fā)明的該進(jìn)一步方面是基于下列想法通過在普通風(fēng)力渦輪機(jī)內(nèi)嵌入上述控制
系統(tǒng)，該風(fēng)力渦輪機(jī)可具有實現(xiàn)上述用于估計可實現(xiàn)發(fā)電量的方法的功能。
根據(jù)本發(fā)明的進(jìn)一步實施例，風(fēng)力渦輪機(jī)進(jìn)一步包括(a)用于測量風(fēng)力渦輪機(jī)
的實際發(fā)電量的功率傳感器；(b)用于測量該至少一個葉片的葉片俯仰角的角度傳感器；
以及(c)用于測量轉(zhuǎn)子的實際旋轉(zhuǎn)速度的旋轉(zhuǎn)速度傳感器。功率傳感器，角度傳感器以及
旋轉(zhuǎn)速度傳感器聯(lián)接到控制系統(tǒng)。此外，控制系統(tǒng)適于基于風(fēng)力渦輪機(jī)的實際發(fā)電量，該至
少一個葉片的葉片俯仰角以及轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度估計風(fēng)力渦輪機(jī)的可實現(xiàn)發(fā)電量。 正如上面所提到的，三個輸入?yún)?shù)，即實際發(fā)電量，俯仰角和旋轉(zhuǎn)速度的使用可提
供以下優(yōu)點因為功率估計基于整個轉(zhuǎn)子平面而不是簡單地基于單一風(fēng)速測量值，因而可
保證高精度功率估計。這種單一風(fēng)速測量值可在已知風(fēng)力渦輪機(jī)的一定的空間點與已知的
風(fēng)力渦輪機(jī)結(jié)合進(jìn)行，例如在渦輪機(jī)外罩頂部。 根據(jù)本發(fā)明的進(jìn)一步方面，提供了用于估計以降低的功率設(shè)定點運行的風(fēng)力渦輪 機(jī)的可實現(xiàn)發(fā)電量的計算機(jī)程序。當(dāng)由控制系統(tǒng)執(zhí)行時，該計算機(jī)程序適于控制上述可實 現(xiàn)發(fā)電量方法。 如此處所使用的，提及計算機(jī)程序旨在等同于提及程序元件和/或包含用于控制 計算機(jī)系統(tǒng)以協(xié)調(diào)上述方法執(zhí)行的指令的計算機(jī)可讀媒介。 計算機(jī)程序元件可以任何合適的程序語言作為計算機(jī)可讀指令代碼執(zhí)行，例如 JAVA, 0++，并且可被存儲在計算機(jī)可讀媒介上(移動磁盤，易失性或非易失性存儲器，嵌入 式存儲器/處理器，等等)。指令代碼可操作以編程計算機(jī)或其他可編程裝置以執(zhí)行預(yù)期功 能。計算機(jī)程序可從網(wǎng)絡(luò)中獲得，例如可從萬維網(wǎng)下載。 應(yīng)注意的是已通過參考不同主題描述了本發(fā)明的實施例。特別地，通過參考方法類型權(quán)利要求描述了一些實施例，而通過參考裝置類型權(quán)利要求描述了其他實施例。然而，
本領(lǐng)域的技術(shù)人員可從上述以及下面的描述中推斷出(除非另有說明)屬于一類主題的特
征的任何結(jié)合以及關(guān)于不同的主題的特征之間的任何結(jié)合，特別是方法類型權(quán)利要求的特
征和裝置類型權(quán)利要求的特征之間的任何結(jié)合，將被認(rèn)為是由本申請公開。 本發(fā)明的上述限定的方面和其他方面通過下文中描述的實施方式的例子中將是
顯而易見的，并且參考實施方式的例子對它們進(jìn)行了解釋。接下來通過參考實施方式的例
子來更加詳細(xì)的描述本發(fā)明，但是本發(fā)明并不受限于此。


圖1顯示了風(fēng)力渦輪機(jī)，該風(fēng)力渦輪機(jī)包括當(dāng)風(fēng)力渦輪機(jī)以降低的功率設(shè)定點運
行時用于估計風(fēng)力渦輪機(jī)的可實現(xiàn)發(fā)電量的控制系統(tǒng)。 圖2顯示了用于控制系統(tǒng)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，其中該控制系統(tǒng)用于當(dāng)風(fēng)力渦輪機(jī)以降低 的功率設(shè)定點運行時估計風(fēng)力渦輪機(jī)的可實現(xiàn)發(fā)電量。 圖3顯示了描述圖2中顯示的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點傳遞函數(shù)的圖表。 圖4顯示了描述圖2中顯示的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)相比于可實現(xiàn)發(fā)電量計算的誤差分布的圖
表，其中該計算基于風(fēng)力渦輪機(jī)的完全空氣動力學(xué)模式。
具體實施例方式
附圖中所示為示意性的。應(yīng)注意的是，在不同的圖里，相似或相同元件具有相同的 附圖標(biāo)記或具有僅第一位數(shù)與相應(yīng)附圖標(biāo)記不同的附圖標(biāo)記。 附圖中所示為示意性的。應(yīng)注意的是，在不同的圖里，相似或相同元件具有相同的 附圖標(biāo)記或具有僅第一位數(shù)與相應(yīng)附圖標(biāo)記不同的附圖標(biāo)記。 圖1顯示了根據(jù)本發(fā)明的實施例的風(fēng)力渦輪機(jī)100。該風(fēng)力渦輪機(jī)100包括安裝 在未示出的基座上的塔柱120。在塔柱120頂部布置有外殼122。在塔柱120和外殼之間設(shè) 有轉(zhuǎn)子角度調(diào)節(jié)裝置121，該轉(zhuǎn)子角度調(diào)節(jié)裝置能夠使外殼122繞未示出的豎直軸線旋轉(zhuǎn)， 該豎直軸線與塔柱120的縱向延伸對齊。通過以適當(dāng)?shù)姆绞娇刂妻D(zhuǎn)子角度調(diào)節(jié)裝置121可 確定在風(fēng)力渦輪機(jī)100運行期間外殼122總是與當(dāng)前風(fēng)向適當(dāng)對齊。
風(fēng)力渦輪機(jī)IOO進(jìn)一步包括具有三個葉片114的轉(zhuǎn)子110。在圖1的透視圖中，只 有兩個葉片114是可見的。轉(zhuǎn)子110可繞旋轉(zhuǎn)軸線110a旋轉(zhuǎn)。安裝在驅(qū)動圈(collar) 112 上的葉片114關(guān)于旋轉(zhuǎn)軸線110a徑向延伸。 在驅(qū)動圈112和葉片114之間分別具有葉片調(diào)節(jié)裝置116以便通過使對應(yīng)葉片 114繞與葉片114的縱向延伸平行對齊的未示出的軸線旋轉(zhuǎn)來調(diào)節(jié)每個葉片114的葉片俯 仰角。通過控制葉片調(diào)節(jié)裝置116，對應(yīng)葉片114的葉片俯仰角可以下面方式被調(diào)節(jié)依靠 當(dāng)前風(fēng)況，可從可用風(fēng)力中收回最大風(fēng)力。 正如從圖1中可見，在外殼內(nèi)具有傳動箱124以便將轉(zhuǎn)子110的轉(zhuǎn)數(shù)轉(zhuǎn)換為軸125 的更高的轉(zhuǎn)數(shù)，軸線125以已知的方式聯(lián)接到發(fā)電機(jī)128。此外還提供了制動器126以便停 止風(fēng)力渦輪機(jī)100的運行，例如在可能損壞風(fēng)力渦輪機(jī)100的突發(fā)事件情況下和/或強(qiáng)風(fēng) 況情況下。 風(fēng)力渦輪機(jī)100進(jìn)一步包括用于以高效率的方式運行風(fēng)力渦輪機(jī)100的控制系統(tǒng)130。除了控制例如轉(zhuǎn)子角度調(diào)節(jié)裝置121，所述的控制系統(tǒng)130也用于以優(yōu)化方式調(diào)節(jié)轉(zhuǎn) 子葉片114的葉片俯仰角。 根據(jù)這里描述的實施例，如果風(fēng)力渦輪機(jī)100以降低的功率設(shè)定點運行，控制系 統(tǒng)130也用于估計風(fēng)力渦輪機(jī)100的可實現(xiàn)發(fā)電量。因此，控制系統(tǒng)130包括用于確定表 示風(fēng)力渦輪機(jī)100的實際運行狀況的三個參數(shù)值的確定單元131。 第一參數(shù)為風(fēng)力渦輪機(jī)100的實際發(fā)電量。確定單元131從功率傳感器141獲得 第一參數(shù)的值，該功率傳感器141連接到發(fā)電機(jī)128。第二參數(shù)為葉片114的葉片俯仰角。 確定單元131從角度傳感器142獲得第二參數(shù)的值，根據(jù)這里描述的實施例，角度傳感器 142連接到對應(yīng)的葉片調(diào)節(jié)裝置116。第三參數(shù)為轉(zhuǎn)子110的旋轉(zhuǎn)速度。確定單元131可 從旋轉(zhuǎn)速度傳感器143獲得第三參數(shù)的值，旋轉(zhuǎn)速度傳感器143連接到傳動箱124。
控制系統(tǒng)130進(jìn)一步包括神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)132，該神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)132適于接收表示風(fēng)力渦輪 機(jī)100的實際運行狀況的三個參數(shù)值，且已經(jīng)為基于三個參數(shù)值估計風(fēng)力渦輪機(jī)100的可 實現(xiàn)發(fā)電量進(jìn)行了訓(xùn)練。此外，控制系統(tǒng)130包括用于從神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)132輸出輸出值的輸出 單元133，其中，輸出值代表風(fēng)力渦輪機(jī)100的可實現(xiàn)發(fā)電量的估計。 圖2顯示了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)232，該神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)232用于圖1中描述的控制系統(tǒng)130。根據(jù) 這里描述的實施例，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)232包括多個布置在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的三層內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點。5個輸入 網(wǎng)絡(luò)節(jié)點251， 252， 253， 254和255被分配在第一層250，第一層250也被稱為輸入層。兩個 網(wǎng)絡(luò)節(jié)點261和262被分配在第二層260，第二層也被稱為隱藏層。輸出節(jié)點271代表第三 層270，第三層也被稱為輸出層。 正如從圖2中可見，將四個輸入值提供給每個輸入網(wǎng)絡(luò)節(jié)點251-255。這四個值包 括實際功率，實際葉片俯仰角，實際旋轉(zhuǎn)速度以及補償值。為了在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)232中具有更好 的權(quán)重比例，在被提供給神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)232的輸入層250之前，功率值可除以例如100。
根據(jù)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的基本原理，權(quán)重因子INxW分配給每個輸入網(wǎng)絡(luò)節(jié)點251-255。因 此，參數(shù)"x"與輸入網(wǎng)絡(luò)節(jié)點25 "x"相對應(yīng)。正如從圖2中能夠進(jìn)一步可見，每個輸入網(wǎng) 絡(luò)節(jié)點251-255包括加法器單元，該加法器單元將所有單獨的輸入相加，該單獨的輸入已 經(jīng)提供給各自的輸入節(jié)點251-255。因此，得到"u"值。 "u"值代表用于傳遞函數(shù)ft的輸入。傳遞函數(shù)ft表示每個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點251-255到 每個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點261和262之間的耦接強(qiáng)度。根據(jù)這里描述的實施例，接下來的傳遞函數(shù)ft 用于第一層250的所有網(wǎng)絡(luò)節(jié)點 ,■ (J + eXp{— 2W} 圖3顯示了描述了用于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點251， 252， 253， 254和255的傳遞函數(shù)ft的 圖表。 正如圖2中能夠進(jìn)一步可見，兩個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點261和262具有和網(wǎng)絡(luò)節(jié)點251-255 相同的結(jié)構(gòu)。權(quán)重因子L1N1W分配到網(wǎng)絡(luò)節(jié)點261，權(quán)重因子L1N2W分配到網(wǎng)絡(luò)節(jié)點262。
每個輸入網(wǎng)絡(luò)節(jié)點251-255的輸出值，以及已經(jīng)用于輸入網(wǎng)絡(luò)節(jié)點251-255的輸 入的補償值都提供給網(wǎng)絡(luò)節(jié)點261以及網(wǎng)絡(luò)節(jié)點262。在用各自的權(quán)重因子L1N1W或L1N2W 加權(quán)所有這些值之后，合計這些值。為了分別將網(wǎng)絡(luò)節(jié)點261和262的輸出信號值耦接到 輸出節(jié)點271，使用與上面描述相同的傳遞函數(shù)ft。
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每個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點261和262的輸出值，以及已經(jīng)用于輸入網(wǎng)絡(luò)節(jié)點251-255的輸入 和網(wǎng)絡(luò)節(jié)點261和262的輸入的補償值都提供給輸出網(wǎng)絡(luò)節(jié)點271。在用權(quán)重因子outlW 加權(quán)所有這些值之后，合計這些值。產(chǎn)生的總值表示整個神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)232的輸出。此輸出為 當(dāng)風(fēng)力渦輪機(jī)以降低的功率設(shè)定點運行時估計的可實現(xiàn)發(fā)電量。 需提及的是根據(jù)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的原理，通過訓(xùn)練序列來確定權(quán)重因子IN1W， IN2W， IN3W， IN4W， IN5W， L1N1W， L1N2W和outlW。因此，將通過每個訓(xùn)練程序改進(jìn)權(quán)重因子值。
進(jìn)一步需提及的是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)232僅代表可行神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的多種不同布局中的一種 布局。特別地，僅通過2個或3個或以上的網(wǎng)絡(luò)層來實現(xiàn)可實現(xiàn)發(fā)電量的估計也是可能的。 此外，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)不是必須對稱的。特別地，不是分配到特定層的節(jié)點的所有輸出都連 接到分配到相鄰更高網(wǎng)絡(luò)層的所有節(jié)點的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)也可使用。而且，分配到某一網(wǎng)絡(luò)層的 網(wǎng)絡(luò)節(jié)點數(shù)量可偏離此處所述的實施例。 圖4顯示了描述圖2中顯示的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)232相比于可實現(xiàn)發(fā)電量的完全空氣動力 學(xué)計算的誤差分布的圖表。在橫坐標(biāo)(x軸)上描繪有單位為kW的估計的可實現(xiàn)發(fā)電量的 誤差。在縱坐標(biāo)(y軸)上描繪有具有小于x軸上的對應(yīng)值的絕對誤差的數(shù)據(jù)點百分比。
因此，已經(jīng)以計算數(shù)據(jù)訓(xùn)練了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)232，計算數(shù)據(jù)可通過應(yīng)用具有3600kW額 定功率的風(fēng)力渦輪機(jī)的完全空氣動力學(xué)模式來獲得。圖4中顯示的誤差分布包括870000 個數(shù)據(jù)點。 正如圖4中可見，當(dāng)能接受150kW或是更大的誤差時，依靠神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)232的可實現(xiàn) 功率估計的準(zhǔn)確性至少為幾乎完美。當(dāng)然，可允許誤差越小，數(shù)據(jù)點百分比越大，數(shù)據(jù)點具 有比橫坐標(biāo)上描繪的可接受誤差更大的絕對誤差。 應(yīng)該注意的是術(shù)語"包括"并不排除其他元件或步驟，并且術(shù)語"一"，"一種"并不 排除多個。而且描述的與不同實施例有關(guān)聯(lián)的元件可被組合。還應(yīng)該注意的是權(quán)利要求中 的附圖標(biāo)記不應(yīng)解釋成限制權(quán)利要求的范圍。
權(quán)利要求
一種方法，其用于估計以降低的功率設(shè)定點運行的風(fēng)力渦輪機(jī)(100)的可實現(xiàn)發(fā)電量，所述方法包括●確定表示風(fēng)力渦輪機(jī)(100)運行狀況的至少兩個參數(shù)的值，●將所述至少兩個參數(shù)的值輸入到神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(132，232)中，以及●從所述神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(132，232)輸出輸出值，其中，所述輸出值是對所述風(fēng)力渦輪機(jī)(100)的可實現(xiàn)發(fā)電量的估計。
2. 根據(jù)前述權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，表示風(fēng)力渦輪機(jī)運行狀況的三個參數(shù) 值被確定并被輸入所述神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(132，232)，其中_第一參數(shù)為所述風(fēng)力渦輪機(jī)的實際發(fā)電量， -第二參數(shù)為風(fēng)力渦輪機(jī)的轉(zhuǎn)子的葉片俯仰角，以及 -第三參數(shù)為轉(zhuǎn)子速度。
3. 根據(jù)前述權(quán)利要求任一項所述的方法，其特征在于，所述神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(132,232)為已 經(jīng)在測量數(shù)據(jù)方面受過訓(xùn)練的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。
4. 根據(jù)前述權(quán)利要求任一項所述的方法，其特征在于，所述神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(132,232)為已 經(jīng)在計算數(shù)據(jù)方面受過訓(xùn)練的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。
5. 根據(jù)前述權(quán)利要求任一項所述的方法，其特征在于，所述神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(132,232)包括 多個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(251， 252， 253， 254， 255， 261， 262， 272)，所述網(wǎng)絡(luò)節(jié)點布置在所述神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) (132,232)的三層(250， 260， 270)中。
6. 根據(jù)前述權(quán)利要求任一項所述的方法，其特征在于，參被分配到所述神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(232)的第一層(250)的所有第一網(wǎng)絡(luò)元件(251,252,253， 254,255)連接到被分配到所述神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(132,232)的第二層(260)的所有第二網(wǎng)絡(luò)元件 (261,262)，以及參被分配到所述神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(232)的第二層(260)的所有第二網(wǎng)絡(luò)元件(261,262)連接 到被分配到所述神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(132,232)的第三層(270)的所有第三網(wǎng)絡(luò)元件(271)。
7. —種控制系統(tǒng)，其用于估計以降低的功率設(shè)定點運行的風(fēng)力渦輪機(jī)(100)的可實現(xiàn) 發(fā)電量，所述控制系統(tǒng)(130)包括參用于確定表示風(fēng)力渦輪機(jī)(100)的運行狀況的至少兩個參數(shù)的值的確定單元 (131)，參適于接受所述至少兩個參數(shù)的值的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(132， 232)，以及參用于從所述神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(132,232)輸出輸出值的輸出單元(133)，其中，所述輸出值為 風(fēng)力渦輪機(jī)(100)的可實現(xiàn)發(fā)電量的估計。
8. —種用于產(chǎn)生電力的風(fēng)力渦輪機(jī)，所述風(fēng)力渦輪機(jī)(100)包括 參具有至少一個葉片(114)的轉(zhuǎn)子(110)，其中-所述轉(zhuǎn)子(110)可繞旋轉(zhuǎn)軸線(110a)旋轉(zhuǎn)，以及 -所述至少一個葉片(114)相對于所述旋轉(zhuǎn)軸線(110a)徑向延伸， 參機(jī)械地聯(lián)接所述轉(zhuǎn)子(110)的發(fā)電機(jī)(128)，以及 參如前述權(quán)利要求所述的控制系統(tǒng)(130)。
9. 根據(jù)前述權(quán)利要求任一項所述的風(fēng)力渦輪機(jī)，其特征在于，進(jìn)一步包括 參用于測量風(fēng)力渦輪機(jī)(100)的實際發(fā)電量的功率傳感器(141)，參用于測量所述至少一個葉片(114)的葉片俯仰角的角度傳感器(142)，以及 參用于測量所述轉(zhuǎn)子(110)的實際旋轉(zhuǎn)速度的旋轉(zhuǎn)速度傳感器(143) 其中所述功率傳感器(141)，所述角度傳感器(142)以及所述旋轉(zhuǎn)速度傳感器(143)聯(lián)接到 所述控制系統(tǒng)(130)，以及所述控制系統(tǒng)(130)適于基于所述風(fēng)力渦輪機(jī)(100)的實際發(fā)電量、所述至少一個葉 片(114)的葉片俯仰角以及所述轉(zhuǎn)子(110)的旋轉(zhuǎn)速度估計所述風(fēng)力渦輪機(jī)(100)的可實 現(xiàn)發(fā)電量。
10. —種用于估計以降低的功率設(shè)定點運行的風(fēng)力渦輪機(jī)(100)的可實現(xiàn)發(fā)電量的計 算機(jī)程序，當(dāng)由控制系統(tǒng)(130)執(zhí)行時，該計算機(jī)程序適于控制如權(quán)利要求l-6任一項所述 的方法。
全文摘要
本發(fā)明描述了一種方法，其用于估計以降低的功率設(shè)定點運行的風(fēng)力渦輪機(jī)(100)的可實現(xiàn)發(fā)電量。該方法包括確定表示風(fēng)力渦輪機(jī)(100)運行狀況的至少兩個參數(shù)的值，將該至少兩個參數(shù)的值輸入到神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(132，232)中，以及從神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(232)輸出輸出值。因此，輸出值是對風(fēng)力渦輪機(jī)(100)的可實現(xiàn)發(fā)電量的估計。進(jìn)一步描述了一種控制系統(tǒng)(130)，其適于執(zhí)行所述功率估計方法。此外，描述了風(fēng)力渦輪機(jī)(100)和用于控制所述功率估計方法的計算機(jī)程序。
文檔編號F03D7/04GK101737257SQ20091022497
公開日2010年6月16日 申請日期2009年11月26日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月26日
發(fā)明者A·G·努德森, P·埃格達(dá)爾 申請人:西門子公司