[发明专利]一种基于温度预测的风电场风电机组变频器状态评价方法

权利要求书

1.一种基于温度预测的风电场风电机组变频器状态评价方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)随机选取风电场的SCADA系统中第a号风电机组在服役期限内N天的数据，形成对应的N组数据样本，每组数据样本中通过均匀随机抽样获取样本子集作为训练样本集和测试样本集；

(2)将SCADA系统中所有的传感器信号组建成一个矩阵变量X＝[X₁,X₂,…,X_i,…,X_n]，其中n为风电机组SCADA系统所有的传感器信号的个数，将变频器入口温度、变频器出口温度及变频器出入口温度差用矩阵Y＝[Y₁,Y₂,Y₃]表示，分别对每组数据样本建立以X为输入变量，以Y为预测变量的相关分析模型，得到每组数据样本中每一个输入变量与每一个预测变量之间的相关系数，并对N组数据样本中相同种类的输入变量与预测变量之间的相关系数进行取均值处理，得到每一种输入变量与预测变量之间的平均相关系数，通过设定阀值矩阵Z的方式对每一种输入变量与预测变量之间的平均相关系数进行筛选，初步确定输入变量的种类，经初步确定后的输入变量表示为X_r＝[X_1r,X_2r,…,X_ir,…,X_vr]，其中v为经过初步筛选后输入变量个数；

(3)建立以矩阵X_r为外部输入变量，Y为自回归预测变量的时间序列非线性预测模型，求得时间序列非线性预测模型的初始预测绝对误差及其均方根值，通过改变矩阵X_r的某个外部输入变量，得出时间序列非线性预测模型改变后的预测绝对误差及其均方根值，通过将改变后的预测绝对误差均方根值与初始预测绝对误差进行判断，以确定对应改变的输入变量的取舍，从而全面确定输入变量的种类，经全面确定的输入变量表示为：X_s＝[X_1s,X_2s,…,X_is,…,X_ms]，其中m为经全面确定的输入变量个数；

(4)多输入输出预测模型再训练与综合，以基于全面确定输入变量后筛选形成的N组数据样本分别进行独立训练，得到N个时间序列非线性预测模型，采用预测值取众数的方法对训练的N个时间序列非线性预测模型进行综合，得到第a号风电机组变频器温度预测的综合预测模型；

(5)以经全面确定输入变量后筛选形成的SCADA系统当前数据为输入，应用步骤(4)训练得到的第a号风电机组综合预测模型，在线对当前时刻的变频器温度进行预测，依据温度预测值及其变化趋势计算变频器状态参数，对第a号风电机组变频器状态进行实时评价；

(6)重复步骤(1)至步骤(5)，对风电场所有风电机组的变频器温度进行预测，进一步对风电机组变频器状态进行自确认及评价；

在步骤(5)中，风电机组变频器状态评价指标包括变频器温度体征质量指标、变频器温度趋势统计质量指标、变频器温度波动幅度指标和变频器高温持续时间指标四个次级指标；

变频器温度体征质量指标的评价角度为每一个时刻变频器温度大小；

变频器温度趋势统计质量指标的评价角度为一段时间内变频器温度变化趋势与综合预测模型的统计预测值符合程度；

变频器温度波动幅度指标的评价角度为一段时间内，变频器温度极大值和极小值的差值大小；

变频器高温持续时间指标的评价角度为一段时间内，变频器温度为高温时的持续时间；

其中，变频器温度趋势统计质量指标、变频器温度波动幅度指标和变频器高温持续时间指标辅助变频器温度体征质量指标评价变频器状态，共同评价变频器状态；

所述的变频器温度体征质量指标计算时，需要对预测变量值进行规范化，规范化表达式为：

其中，y^*为规范化矩阵，包括三个变量，对应时间序列非线性综合预测模型的三个预测变量；min()为求三个预测变量的最小值；max()为求三个预测变量的求最大值；y为训练样本对应的实测变量；

t时刻的变频器温度体征质量指标的计算表达式为：

其中，Q_r为变频器温度体征质量指标；cos()为余弦函数；

所述的变频器温度趋势统计质量指标Q_t计算方法为：

其中，re为一段时间内变频器温度实际值与综合预测模型的统计预测值的相对误差；

一段时间内变频器温度变化趋势与综合预测模型的统计预测值符合程度用相对误差表示：

其中，N_b为一段时间内时间序列点的个数；

所述的变频器温度波动幅度指标Q_f计算方法为：

其中，ed为一段时间内，变频器温度极大值和极小值的差值，

所述的变频器高温持续时间指标Q_d计算方法为：

其中，T_tv为温度阀值矩阵，td₁、td₂、td₃为常量；t为输出变量任意一项超过阀值的时间序列长度；f_s为采样频率。