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专利号: 2021111563240
申请人: 宁波大学科学技术学院
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 计算;推算;计数
更新日期:2025-12-24
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于稀疏RBF神经网络的光伏电板运行状态监测方法,其特征在于,具体包括以下所示步骤:

步骤(1):确定光伏电板可实时测量的数据后,在光伏电板正常工作状态下,按照固定的采样时间间隔采集并存储各个采样时刻的样本数据向量;其中,每个采样时刻的样本数据向量中的8个数据依次是:光照强度,电板温度,最大动态直流功率,直流电流,直流电压,交流功率,交流电压和交流电流;

步骤(2):将光照强度大于零的N个采样时刻的样本数据向量x1,x2,…,xN组成训练数据

8×N

矩阵X=[x1,x2,…,xN]后,再对X∈R 中各个行向量实施归一化处理,从而得到新矩阵

8×1 8×N

其中,xi∈R 表示第i个采样时刻的样本数据向量,R 表示8×N维的实数矩阵,R表示实数

8×1

集,R 表示8×1维的实数向量,i∈{1,2,…,N},实施归一化处理的方式具体如步骤(2.1)至步骤(2.2)所示;

1×N

步骤(2.1):设zj∈R 表示矩阵X中的第j行的行向量;其中,j∈{1,2,…,8};

步骤(2.2):找出行向量zj中最小值mj和最大值Mj后,根据 计算得到新矩阵 中第j行的行向量步骤(3):根据如下所示步骤(3.1)至步骤(3.5)确定稀疏RBF神经网络中间层神经元的中心点向量 和宽度参数δ1,δ2,…,δ8;

步骤(3.1):确定聚类簇的总数为C,再初始化j=1;

7×N

步骤(3.2):将新矩阵 中除第j行向量以外的7行向量组成矩阵Xj∈R 后,再利用k均值聚类算法将矩阵Xj中的N列向量聚类成C簇,并将各聚类簇的中心点向量记录为步骤(3.3):根据公式 计算第a个中心点向量 与第b个中心点向量 之间的平方距离 其中,a∈{1,2,…,C},b∈{1,2,…,C},上标号T表示矩阵或向量的转置;

步骤(3.4):根据如下所示公式①计算宽度参数δj:步骤(3.5):判断j是否小于8;若是,则设置j=j+1后返回步骤(3.2);若否,则得到稀疏RBF神经网络中间层神经元的中心点向量和宽度参数;

8×1

步骤(4):分别依次将 中的列向量 当成输入向量ξ∈R ,计算得到稀疏RBF神经网络中间层神经元的输出向量y1,y2,…,yN;其中,计算第i个列向量 对应的稀疏RBF神经网络中间层神经元的输出向量yi的具体实施过程如步骤(4.1)至步骤(4.4)所示;

步骤(4.1):设置输入向量 后,再初始化j=1;

步骤(4.2):将输入向量ξ中除第j个数据以外的7个数据组成列向量ξj后,再利用如下所

1×C

示公式②计算得到第j个子输出向量θj∈R :上式中,e表示自然常数,c∈{1,2,…,C},θj(c)表示θj中的第c个数据;

步骤(4.3):判断j是否小于8;若是,则设置j=j+1后返回步骤(4.2);若否;则得到8个子输出向量θ1,θ2,…,θ8;

T

步骤(4.4):将θ1,θ2,…,θ8合并成输出向量yi=[θ1,θ2,…,θ8];

步骤(5):利用误差反向传播算法优化得到稀疏RBF神经网络输出层神经元的权重向量w1,w2,…,w8以及阈值d1,d2,…,d8;

步骤(6):计算稀疏RBF神经网络输出层神经元的输出向量F1,F2,…,FN,再组建输出矩

8×1

阵G=[F1,F2,…,FN]后,计算误差矩阵 其中,第i个输出向量Fi∈R 的计算方式如下所示:

上式中,Fi(j)表示Fi中的第j个数据,wj和dj分别表示第j个权重向量和第j个阈值,f(u)‑u

=1/(1+e )表示稀疏RBF神经网络输出层神经元的激活函数, 为激活函数自变量;

步骤(7):计算误差矩阵E中所有列向量的均值向量μ后,再计算协方差矩阵Λ=(E‑U)T 8×N

(E‑U) /(N‑1);其中,均值矩阵U∈R 是由N个均值向量μ组成;

T ‑1 N×1

步骤(8):根据公式Q=diag{(E‑U)Λ (E‑U)}计算监测指标向量Q∈R 后,再将Q中最大的10个数据的平均值记录为Qlim;其中,diag{}表示将花括号内的矩阵对角线元素转变成列向量的操作;

8×1

步骤(9):采集光伏电板最新采样时刻的数据并组成一个样本数据向量xt∈R ;其中,下标号t表示最新采样时刻,xt中的8个数据是按照步骤(1)中所列的顺序依次排列;

步骤(10):判断样本数据向量xt中的第一个数据是否大于0;若是,则执行步骤(11);若否,则光伏电板处于待机状态,并返回步骤(9);

步骤(11):根据公式 对xt中各个数据实施归一化处理,从而得到新数据向量 其中,xt(j)和 分别表示xt和 中第j个数据,j∈{1,2,…,

8};

步骤(12):将 当成稀疏RBF神经网络的输入向量,计算得到输出层神经元的输出

8×1

向量Ft∈R ;

步骤(13):根据公式 计算监测指标Qt后,再判断Qt是否小于Qlim;若是,则光伏电板当前采样时刻正常运行,并返回步骤(9)继续利用最新采样时刻的样本数据向量实施光伏电板运行状态监测;若否,则执行步骤(14)决策是否触发光伏电板异常警告;

步骤(14):返回步骤(9)继续利用最新采样时刻的样本数据向量实施光伏电板故障检测;若连续6个采样时刻的监测指标皆大于Qlim,则触发光伏电板异常警告;反之,则光伏电板正常运行,并返回步骤(9)继续利用最新采样时刻的样本数据实施光伏电板运行状态监测。

2.根据权利要求1所述的一种基于稀疏RBF神经网络的光伏电板运行状态监测方法,其特征在于,步骤(12)中计算Ft的具体实施过程如下所示:步骤(12.1):设置输入向量 后,再初始化j=1;

步骤(12.2):执行步骤(4.2)至步骤(4.3),从而得到8个子输出向量θ1,θ2,…,θ8,再将T

其合并成输出向量yt=[θ1,θ2,…,θ8];

步骤(12.3):根据公式 计算Ft中的第j个数据Ft(j),从而得到输出

8×1

向量Ft∈R 。