JP5562366B2 - Hybrid intelligent power control system and method - Google Patents
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Description
本発明はパワーコントロール方法及びシステムに係り、ファジィスライドモード(fuzzy sliding mode)とオンライントレーニングのリカレントニューラルネットワーク(on-line training recurrent neural network,RNN)を使用する方法であって、ならびにシステム中で、該方法は、永久磁石同期発電機(PMSG)の速度コントロールとタービン(turbin)のピッチ角コントロール(pitch angle control)を用いる、一種のハイブリッドインテリジェントパワーコントロール方法及びシステムに関する。 The present invention relates to a power control method and system, which uses a fuzzy sliding mode and an on-line training recurrent neural network (RNN), and in the system, The method relates to a kind of hybrid intelligent power control method and system using permanent magnet synchronous generator (PMSG) speed control and turbine pitch angle control.
周知のとおり、一般に発電は、恒常の速度と使用パワーをデジタルアダプタで変換して変更操作する。変速タービンにより、各種の回転速度下で、最大パワー操作点で操作を行うことができ、回転軸速度の最適化により、最大効率を達成できる。このような特性は、変速装置変換システムの特性と長所であり、最大パワーコントロールを達成するために、いくつかのコントロール方法が提出されているものの、ほとんどは、単一型のコントロールモードとされる。 As is well known, in general, power generation is performed by changing the constant speed and power used by converting with a digital adapter. The variable speed turbine allows operation at the maximum power operating point under various rotational speeds, and maximum efficiency can be achieved by optimizing the rotational shaft speed. These characteristics are the characteristics and advantages of the transmission conversion system, and most of them are in a single control mode, although several control methods have been submitted to achieve maximum power control. .
永久磁石同期発電機は、最近の研究が不断に増加しており、永久磁石同期発電機の理想の特性は堅固な構造、高い空隙流通密度、ハイパワー密度、高い回転トルクの慣性比、高い回転トルクである。さらに、誘導電動機と比較すると、永久磁石同期発電機は高効率という長所を有している。回転子損耗が少なく、定格速度下で、比較的低い負荷電流を有するためである。発電機パラメータに対する結合コントロールの能力の変化は比較的敏感でなく、ならびに永久磁石同期発電機の制御のコントロール性は予測可能である。 Permanent magnet synchronous generators are constantly increasing in recent research, and the ideal characteristics of permanent magnet synchronous generators are a solid structure, high air flow density, high power density, high rotational torque inertia ratio, high rotation Torque. Furthermore, compared with induction motors, permanent magnet synchronous generators have the advantage of high efficiency. This is because the rotor wear is small and the load current is relatively low at the rated speed. The change in coupling control capability to generator parameters is relatively insensitive, and the controllability of the permanent magnet synchronous generator control is predictable.
周知の、機械センサ(風力速度のセンサと位置センサ)のない交流パワー出力は約80%である。周知の、DFIG直列接続の非線形コントロールを、変速に用いたタービンは、その回転速度予測のエラーレートが相当に大きい。周知のヒルクライミングアルゴリズム(Hill-climbing Algorithm)の研究は、タービントルクを考慮するが、いずれにしても、一種のインテリジェントメモリのオンライントレーニングプロセス(on-line training process)が必要である。周知の二種類の方法によるパワー出力の調整、すなわち、ピッチ角(pitch angle)とパワー負荷のコントロールは、いずれも、タービンを調整する操作であるが、パワー係数(power coefficient)の偏差が大きすぎる。 The known AC power output without mechanical sensors (wind speed sensor and position sensor) is about 80%. A turbine using a known DFIG series-connected non-linear control for shifting has a considerably large error rate for predicting its rotational speed. The well-known Hill-climbing Algorithm study considers turbine torque, but in any case requires a kind of intelligent memory on-line training process. Power output adjustment by two well-known methods, that is, pitch angle and power load control are both operations to adjust the turbine, but the deviation of the power coefficient is too large. .
本発明はファジィスライドモードコントローラ(fuzzy sliding mode controller)を使用し、ファジィ推論メカニズム(fuzzy inference mechanism)、及び適応性演算法を、永久磁石同期発電機の速度コントロールに応用する。 The present invention uses a fuzzy sliding mode controller and applies the fuzzy inference mechanism and the adaptive calculation method to the speed control of a permanent magnet synchronous generator.
ファジィスライドモードコントローラは、切換え面(switching surface)に整合されて操作され、システムにスライドモード発生時に、このシステムの動態動作をフィードバックしてシステムの強健(robust)状態をコントロールする。一般にスライドモードコントロール(sliding mode control)中、往々にして不確実性の上界(the upper bound of uncertainties)があり、このため、実際の応用の時には、パラメータ変化と外部機械の振動等を含む不確定境界値は獲得しにくい。本発明ファジィスライドモード位置コントローラは、上述の困難を解決して、簡単なファジィ推論メカニズム(fuzzy inference mechanism)、不確実性の上界(the upper bound of uncertainties)を予測するのに用いられる。 The fuzzy slide mode controller is operated in alignment with the switching surface and feeds back the dynamic behavior of the system to control the robust state of the system when the system is in slide mode. In general, during sliding mode control, there is often an upper bound of uncertainties, and therefore, in actual applications, there are uncertainties including parameter changes and external machine vibrations. Definite boundary values are difficult to obtain. The fuzzy slide mode position controller of the present invention solves the above difficulties and is used to predict a simple fuzzy inference mechanism, the upper bound of uncertainties.
本発明はある実施例において、ハイブリッドインテリジェントパワーコントロールシステムを提供し、それは、ファジィ推論メカニズム(fuzzy inference mechanism)を実行して発電機をコントロールするファジィスライドモードコントローラ(fuzzy sliding mode controller)と、オンライントレーニング(on-line training)方法を実行して該発電機に結合されたタービンのピッチ角をコントロールすることで、最大のパワー出力を達成する、リカレントニューラルネットワーク(recurrent neural network,RNN)ピッチ角コントローラ(pitch angle controller)と、を包含し、そのうち、該タービンは該タービンに接続された羽根のピッチ角が調整されることで該タービンに入力された変化に応答し、並びに該ファジィ推論メカニズム(fuzzy inference mechanism)により該発電機の軸速度をコントロールして最大パワー出力を達成する。 The present invention, in one embodiment, provides a hybrid intelligent power control system, which implements a fuzzy inference mechanism to control a generator, fuzzy sliding mode controller, and online training A recurrent neural network (RNN) pitch angle controller that achieves maximum power output by performing an on-line training method to control the pitch angle of a turbine coupled to the generator. wherein the turbine responds to changes input to the turbine by adjusting the pitch angle of the blades connected to the turbine, as well as the fuzzy inference mechanism (fuzzy inference mechanism). mechanism) Control shaft speed to achieve maximum power output.
本発明の別の実施例は、ハイブリッドインテリジェントパワーコントロール方法を提供し、それは、ファジィスライドモードコントローラ(fuzzy sliding mode controller)を使用してファジィ推論メカニズム(fuzzy inference mechanism)を実行して発電機をコントロールするステップと、リカレントニューラルネットワーク(recurrent neural network,RNN)ピッチ角コントローラ(pitch angle controller)を使用してオンライントレーニング(on-line training)方法を実行して該発電機に結合されたタービンのピッチ角をコントロールすることで、最大のパワー出力を達成するステップと、を包含する。 Another embodiment of the present invention provides a hybrid intelligent power control method, which uses a fuzzy sliding mode controller to perform a fuzzy inference mechanism to control a generator. And performing an on-line training method using a recurrent neural network (RNN) pitch angle controller and the pitch angle of the turbine coupled to the generator To achieve maximum power output by controlling.
本発明は、損失最小化の方式で、永久磁石同期発電機の速度コントロールに用いられるハイブリッドファジィスライドモデルと、タービンのピッチ角コントロールのための高性能オンライントレーニングのリカレントニューラルネットワーク(on-line training recurrent neural network,RNN)の設計に関する。動態バックプロパゲーションラーニングアルゴリズム(back-propagation learning algorithm)がRNNコントローラの調節に用いられる。異なる回転速度において、PMSGが定格速度以下で、最大パワーポイント追跡を使用でき、ならびに回転装置中より最大エネルギーを捕獲できる。スライドモードコントローラは、操作の切換え面(switching surface)に整合され、そのうち、ファジィ推論(fuzzy inference mechanism)が不確実性の上界(the upper bound of uncertainties)の予測に用いられる。 The present invention provides a hybrid fuzzy slide model used for speed control of a permanent magnet synchronous generator in a loss minimization manner, and a high-performance online training recurrent neural network for turbine pitch angle control (on-line training recurrent). Neural network (RNN) design. A dynamic back-propagation learning algorithm is used to adjust the RNN controller. At different rotational speeds, PSG is below rated speed, maximum power point tracking can be used, and maximum energy can be captured in the rotating device. The slide mode controller is matched to the switching surface of the operation, of which fuzzy inference mechanism is used to predict the upper bound of uncertainties.
図1に示されるように、ギアボックス11を介して、タービン10が永久磁石同期発電機(PMSG)12と軸結合され、この部分の歯車加速の変換損失は無視され、永久磁石同期発電機(PMSG)はパワーコンバーター(power converter)13と直流負荷(DC Load)インバーター(inverter)14回路に接続され、外在エネルギーパワー(Pw)たとえば風力エネルギーパワーを機械パワー、たとえば風力タービンの出力パワー(Pm)に変換し、さらに交流電力パワー(Pe)に変換し、その後、直流電力パワー(Pdc)に変換する。このパワーは直接電力システムに供給され、加速歯車の変換損失は無視され得る。本発明はまた、ギアレスの直接駆動システムに用いられる。
As shown in FIG. 1, a
最大のエネルギーを捕捉するため、パワー電子装置を取り付ける必要がある。該装置はタービン発電機とグリッドの間に位置し、この部分の周波数は定数である。もしタービン発電機に入力されるのが風力であれば、出力は発電機ロータを回転させるパワーである。異なる速度の風力タービンに対して、風力タービンより得られる出力機械パワーは以下のように表される。
Vwは風速(m/sec)であり、
Cpはパワー係数(power coefficient)であり、尖端速度比tip speed ratio(TSR)λの非線形方程式とされる。
ωrはタービン速度であり、
CpはTSRλと羽根ピッチ角竈の方程式である。
Vw is the wind speed (m / sec)
Cp is a power coefficient, and is a nonlinear equation having a tip speed ratio (tip speed ratio) (TSR) λ.
ωr is the turbine speed,
Cp is an equation of TSRλ and blade pitch angle 竈.
図2に示されるように、公式(3)を使用して、典型的なCpとλの曲線を発生し、風力タービンは最良の速度比λoptを有し、最大パワー係数(power coefficient)Cpmaxをもたらし得て、β=0の時、公式(2)の尖端速度比(TSR)を、最良値λopt=6.9に調整し、最大パワー係数(power coefficient)がCpmax =0.4412に到達する時、最大パワー(power)獲得のコントロール目標が達成され、公式(1)と公式(2)より得られる。
公式(4)は最大パワー出力時の、タービンのパワーと速度間の関係である。最大パワー規格下で、該システムを調整する時、タービンパワーは発電機の定格パワーより大きくてはならないことを考慮する必要があり、一端発電機の定格パワーが定格風速を達成したら、出力パワーは制限されなければならない。変速風力発電機に対しては、機械アクチュエータ(mechanical actuator)を用い、羽根のピッチ角を変更することで、パワー係数(power coefficient)を下げ、並びに電力の定格パワーを維持する。最大パワー係数(power coefficient)で動作する時、ある風力発電機は風速より獲得される定格速度が発電機の定格パワーより低い。 Formula (4) is the relationship between turbine power and speed at maximum power output. When adjusting the system under the maximum power standard, it is necessary to consider that the turbine power must not be greater than the rated power of the generator. Once the rated power of the generator has achieved the rated wind speed, the output power is Must be restricted. For a variable speed wind power generator, a mechanical actuator is used to change the blade pitch angle to lower the power coefficient and maintain the rated power of the power. When operating at the maximum power coefficient, a wind generator has a rated speed obtained from the wind speed that is lower than the rated power of the generator.
3相永久磁石同期発電機(PMSG)は、その機械トルク(Tm)と電気トルク(Te)が以下のように表され、
npは極数
Jは風力タービン発電機(WTG)慣性量
Bは発電機摩擦係数
永久磁石同期発電機(PMSG)の機械モジュール中、回転子回転の参考は、
vd,vq =d,q軸固定子電圧
id,iq =d,q軸固定子電流
Ld,Lq =d,q軸固定子インダクタンス
λd,λq =d,q軸固定子磁束鎖
R=定子抵抗
Ws=変換機周波数
Ifd=等価d−軸磁化電流
Lmd=d−軸交互インダクタンス
電気トルク、及び発電機動態は、
vd, vq = d, q-axis stator voltage id, iq = d, q-axis stator current Ld, Lq = d, q-axis stator inductance λd, λq = d, q-axis stator flux chain R = constant resistance
Ws = converter frequency Ifd = equivalent d-axis magnetizing current Lmd = d-axis alternating inductance electric torque, and generator dynamics
図3は永久磁石同期発電機(PMSG)31のコントロール構造コンフィギュレーションであり、電流コントロールPWM、電圧源変換器(VSC)32、インバーター(inverter)33、電流コントローラ(comparison current controller)34、場導向機械を包含し、場導向機械は、コーディネートトランスレーター(coordinate translator)35、ファジィスライドモードスピードコントローラ(fuzzy sliding mode speed controller)36、ピッチ角コントローラ(pitch control)37、交流グリッド(AC Grid)38を包含する。Pwは外在エネルギーパワーであり、Pmは風力タービンの出力パワーである。場導向機械を介し、永久磁石同期発電機(PMSG)システムが、合理的に図4中のコントロールブロック図中に表示され得る。そのうち、
ファジィスライドモードスピードコントローラ(fuzzy sliding mode speed controller)36は、図3に示されるように、関係変数定義は以下のようであり、
△ωは回転子角度速度差であり、
ωrは発電機回転子角速度である。
同期発電機自身の安定状態パワー出力は以下のようであり、
Jは回転慣性量(the inertia moment)、
Tmは機械トルク(mechanical torque)、
Bは発電機の摩擦係数(friction coefficient of the generator)であり、
方程式(20)は、以下のように表示され得る。
Δω is the rotor angular speed difference,
ωr is the generator rotor angular velocity.
The steady state power output of the synchronous generator itself is as follows:
J is the inertia moment,
Tm is the mechanical torque,
B is the friction coefficient of the generator,
Equation (20) may be expressed as follows:
ファジィスライドモードスピードコントローラ(fuzzy sliding mode speed controller)40の切換え面(switching surface)の設計は、図4のようであり、それは、ファジィスライドモードスピードコントローラ(fuzzy sliding mode speed controller)40、オンライトレーニングを実行するRNNピッチ角コントローラ(pitch controller)41、発電機(power generator)42を包含する。積分の順スライドモードコントローラを包含する切換え面は、以下のように設計される。
Cは、正の定数マトリックス集合であり、
Kは、状態フィードバックゲインマトリックスである。
The design of the switching surface of the fuzzy sliding mode speed controller 40 is as shown in FIG. 4, which is the fuzzy sliding mode speed controller 40, which provides online training. It includes an
C is a positive constant matrix set,
K is a state feedback gain matrix.
公式(23)より、もしシステム方程式(22)の状態軌跡が、方程式(23)の切換え面(switching surface)より捕捉されるなら、すなわち、
方程式(24)中、システム極点が右半面に位置する時、速度エラーx1(t)は零指数に収縮し、これにより、発散は発生せず、且つシステム動態は状態フィードバックコントロールシステムのようである。 In equation (24), when the system pole is located on the right half, the velocity error x1 (t) contracts to zero exponent, so no divergence occurs and the system dynamics are like a state feedback control system. .
スライドモードスピードコントローラ(sliding mode speed controller)の設計:
前述の切換え面を基礎とし、ファジィ条件に接近し且つ順スライドモードの存在を補償する演算法則を設計する。順スライドモード回転速度コントローラー形式は以下のようである。
Based on the switching surface described above, an arithmetic rule that approaches the fuzzy condition and compensates for the presence of the forward slide mode is designed. The forward slide mode rotation speed controller format is as follows.
スライドモードコントローラは、パラメータの変化と外界機械の乱動を包含するKfのファジィ推定(Fuzzy estimation)を、不確実性の上界(the upper bound of uncertainties)において用い、S,
ファジィスライドモードスピードコントローラ(sliding mode speed controller)40を使用し、該ファジィスライドモードスピードコントローラが、ファジィ推論メカニズム(fuzzy inference mechanism)を実行し、発電機42をコントロールし、及び、オンライントレーニング(on-line training)のRNNピッチ角コントローラ(pitch controller)41を使用し、オンライントレーニング(on-line training)方法を実行し、図4に示されるように、オンライントレーニング(on-line training)を実行するRNNピッチ角コントローラ41は、タービン発電機のピッチ角をコントロールすることで、最大の効率を達成し、該タービンは該発電機に結合され、図5のようである。そのうち、N:(負)Negative
ZE,Z:(零)Zero
P:(正)Positive
H:(巨大)Huge
NH:(負で巨大)Negative Huge
NB:(負で大)Negative Big
NM:(負で中)Negative Medium
NS:(負で小)Negative Small
PH:(正で巨大)Positive Huge
PS:(正で小)Positive Small
PM:(正で中)Positive Medium
PB:(正で大)Positive Big
PH:(正で巨大)Positive Huge
VS:(非常に小)Very Small
VB:(非常に大)Very Big
B:(大)Big
M:(中)Medium
ZE, Z: (zero) Zero
P: (Correct) Positive
H: (Huge) Huge
NH: (negative and huge) Negative Huge
NB: (Negative and large) Negative Big
NM: (Negative and Negative) Negative Medium
NS: (Small negative) Negative Small
PH: (positive and huge) Positive Huge
PS: (Positive and Small) Positive Small
PM: (Positive and Medium) Positive Medium
PB: (Positive and large) Positive Big
PH: (positive and huge) Positive Huge
VS: (very small) Very Small
VB: (very large) Very Big
B: (Large) Big
M: (Medium) Medium
ファジィ推論メカニズム(fuzzy inference mechanism)は、僅かに表1の25種類の規則のみ有する。たとえば、規則25はSが切換え面(switching surface)より離れ、
S,
Kfが、
S,
Kf
リカレントニューラルネットワーク(recurrent neural network,RNN):
図6Aに示される3層階ニュートラルネットワークのように、ネットワーク構造は全部で3層に分けられ、それぞれ、第1層の入力層、第2層の中間層及び第3層の出力層とされる。RNNコントローラは、タービンにおいて運用され、Pwは風力パワー、Pmは風力タービンの出力パワー、eはタービン出力パワーの誤差である。
Recurrent neural network (RNN):
Like the three-layer neutral network shown in FIG. 6A, the network structure is divided into three layers in total, which are an input layer of the first layer, an intermediate layer of the second layer, and an output layer of the third layer, respectively. . The RNN controller is operated in the turbine, Pw is wind power, Pm is the output power of the wind turbine, and e is the error of the turbine output power.
RNN入力は、
e(N)=Pw−Pm と表され得て、エラー変換(change of error)は、
ce(N)=e(N)−e(N−1)
と表され得て、そのうち、e(N−1)は前の一つのサンプル時間の誤差(error)値である。
eはタービン出力パワーの誤差(error)であり、RNNピッチ角コントロールシステムにより、ピッチ角命令(pitch angle command)βcが評価される。
The RNN input is
e (N) = Pw−Pm and the error change (change of error) is
ce (N) = e (N) -e (N-1)
Where e (N−1) is the error value of the previous one sample time.
“e” is an error of the turbine output power, and the pitch angle command βc is evaluated by the RNN pitch angle control system.
図6Aに示されるように、RNNの常使用単位入力層、中間層、及び出力層は、それぞれ、2、9、1であり、そのうち、永久磁石同期発電機(PMSG)61、監督式学習とトレーニングプロセス(Supervised learning and training process)62と、リカレントニューラルネットワーク(recurrent neural network,RNN)の3層が相互に結合される。 As shown in FIG. 6A, the normal use unit input layer, intermediate layer, and output layer of the RNN are 2, 9, and 1, respectively, of which the permanent magnet synchronous generator (PMSG) 61, supervised learning and Three layers of a training process (Supervised learning and training process) 62 and a recurrent neural network (RNN) are coupled to each other.
第1層:入力層(Input Layer)
Nは反復の次数である。
N is the order of iteration.
第2層:中間層(Hidden Layer)
中間層の基底関数形式には多くの形態がある。たとえば、線形関数(Linear Function)、ガウス関数(Gaussian Function)、ロジック関数(Logic Function)及び指数関数(Exponential function)等がある。
Nは反復次数、
nは第2層中間層中のニューロン数、
There are many forms of the basis function form of the intermediate layer. For example, there are a linear function, a Gaussian function, a logic function, and an exponential function.
N is the iteration order,
n is the number of neurons in the second interlayer,
第3層:出力層(Output Layer)
Nは反復次数、
Kは第3層出力層中のニューロン数である。
Third layer: Output layer
N is the iteration order,
K is the number of neurons in the third output layer.
監督式学習とトレーニングプロセス(Supervised learning and training process):
一旦RNNが初期化されると、勾配下降(gradient descent)の監督式学習法則(Supervised learning Law)がこのシステムをトレーニングするのに用いられる。
動態バックプロパゲーションアルゴリズム(back-propagation algorithm)も同様に導き出され、RNNのパラメータ
Pwは外在エネルギーパワーであり、
Pmはタービンの出力パワーである。
Supervised learning and training process:
Once the RNN is initialized, a gradient descent supervised learning law is used to train the system.
A dynamic back-propagation algorithm is derived as well, and the RNN parameters
Pw is the external energy power,
Pm is the output power of the turbine.
第3層:重み値
誤差項は、
emはパワー差値(Pw−Pm)、
Eは誤差関数(Error function)である。
Eは誤差関数(error function)である。
em is a power difference value (Pw−Pm),
E is an error function.
E is an error function.
第2層:
ηjは調整パラメータ
ηijは調整パラメータ
ηj is the adjustment parameter
ηij is the adjustment parameter
図6Bのフローチャートに示されるように、そのうちオンライントレーニング(on-line training)のリカレントニューラルネットワーク(recurrent neural network,RNN)は、以下のステップを包含する。
(a)ステップ621:リカレントニューラルネットワーク(recurrent neural network,RNN)変化量を初期化し、ステップ622に進む。
(b)ステップ622:構造学習プロセスに進むか否か評価し、イエスであれば、ステップ623に進み、ノーであれば、ステップ628に進む。
(c)ステップ623:新メンバーシップ関数(membership functions)のノードを増加するか否かを評価し、イエスであれば、ステップ624に進み、ノーであればステップ628に進む。
(d)ステップ624:新ノードを増加し、ステップ625に進む。
(e)ステップ625:新ノードとその他のノードに、相似性試験を行う。
(f)ステップ626:新ノードを受け入れ、ステップ628に進む。
(g)ステップ627:新ノードを削除し、ステップ628に進む。
(h)ステップ628:監督式学習プロセスを使用し、
(i)ステップ629:試験を収縮し、誤差関数(error function)
(A) Step 621: The amount of change in the recurrent neural network (RNN) is initialized, and the process proceeds to Step 622.
(B) Step 622: Evaluate whether or not to proceed to the structure learning process. If yes, go to step 623, otherwise go to step 628.
(C) Step 623: Evaluate whether or not to increase the node of the new membership functions. If yes, go to step 624, otherwise go to step 628.
(D) Step 624: The new node is increased, and the process proceeds to Step 625.
(E) Step 625: Similarity test is performed on the new node and other nodes.
(F) Step 626: Accept the new node and go to step 628.
(G) Step 627: Delete the new node, and go to
(H) Step 628: Using a supervised learning process,
(I) Step 629: Shrink the test and an error function
回転速度の正確な予測は、安定状態において用いられるのではなく、異なる回転速度の不確定モジュールが確定不能である時にも、スピーディーに伝統的な比例積分(proportional-integral,PI)コントローラに用いられ得る。 Accurate prediction of rotational speed is not used in steady state, but is used speedily in traditional proportional-integral (PI) controllers even when uncertain modules of different rotational speeds cannot be determined. obtain.
好ましい実施例中、スライドモードスピードコントローラ(sliding mode speed controller)とRNNピッチ角コントローラは風力変換システム(wind energy conversion systems,WECS)のコントロールに用いられ得る。 In a preferred embodiment, a sliding mode speed controller and an RNN pitch angle controller can be used to control wind energy conversion systems (WECS).
以上述べたことは、本発明の実施例にすぎず、本発明の実施の範囲を限定するものではなく、本発明の特許請求の範囲に基づきなし得る同等の変化と修飾は、いずれも本発明の権利のカバーする範囲内に属するものとする。 The above description is only an example of the present invention, and does not limit the scope of the present invention. Any equivalent changes and modifications that can be made based on the scope of the claims of the present invention are all described in the present invention. Shall belong to the scope covered by the rights.
10 タービン
11 ギアボックス
12 永久磁石同期発電機(PMSG)
13 パワーコンバータ(power converter)
14 直流負荷(DC Load)インバーター(inverter)
31 永久磁石同期発電機(PMSG)
32 電流コントロールPWM電圧源変換器(VSC)
33 インバータ(inverter)
34 電流コントローラ(comparison current controller)
35 コーディネートトランスレーター(coordinate translator)
36 ファジィスライドモードスピードコントローラ(fuzzy sliding mode speed controller)
37 ピッチ角コントローラ(pitch control)
38 交流グリッド(AC Grid)
40 ファジィスライドモードスピードコントローラ(fuzzy sliding mode speed controller)
41 オンライントレーニング(on-line training)のRNNピッチ角コントローラ(pitch controller)
42 発電機
61 永久磁石同期発電機(PMSG)
62 監督式学習とトレーニングプロセス(Supervised learning and training process)
Pw 外在エネルギーパワー
Pm 風力タービンの出力パワー
10
13 Power converter
14 DC Load (DC Load) Inverter
31 Permanent magnet synchronous generator (PMSG)
32 Current Control PWM Voltage Source Converter (VSC)
33 Inverter
34 current controller
35 Coordinate translator
36 fuzzy sliding mode speed controller
37 Pitch angle controller (pitch control)
38 AC Grid
40 fuzzy sliding mode speed controller
41 RNN pitch angle controller for on-line training
42 Generator
62 Supervised learning and training process
Pw External energy power Pm Wind turbine output power
Claims (18)
ファジィ推論メカニズム(fuzzy inference mechanism)を実行して発電機をコントロールするファジィスライドモードコントローラ(fuzzy sliding mode controller)と、
オンライントレーニング(on-line training)方法を実行して該発電機に結合されたタービンのピッチ角をコントロールすることで、最大のパワー出力を達成する、リカレントニューラルネットワーク(recurrent neural network,RNN)ピッチ角コントローラ(pitch angle controller)と、
を包含し、
リカレントニューラルネットワークは3層の神経ネットワークプロセスであり、第1層である入力層、第2層である中間層、第3層である出力層を包含し、
該中間層の基底関数形式は、線形関数(Linear Function)、ガウス関数(Gaussian Function)、ロジック関数(Logic Function)及び指数関数(Exponential function)のいずれかを選択することを特徴とする、ハイブリッドインテリジェントパワーコントロールシステム。 In the hybrid intelligent power control system,
A fuzzy sliding mode controller that controls the generator by executing a fuzzy inference mechanism;
Recurrent neural network (RNN) pitch angle that achieves maximum power output by performing an on-line training method to control the pitch angle of the turbine coupled to the generator A controller (pitch angle controller),
It encompasses,
A recurrent neural network is a three-layer neural network process that includes an input layer that is a first layer, an intermediate layer that is a second layer, and an output layer that is a third layer,
The base layer form of the intermediate layer is selected from a linear function, a Gaussian function, a logic function, and an exponential function. Power control system.
netnet ii 11 (N)は第1層である入力層のノード関数、(N) is the node function of the input layer, which is the first layer,
OO ii 11 (N)は第1層である入力層の出力信号、(N) is the output signal of the input layer, which is the first layer,
Nは反復次数、N is the iteration order,
ff ii 11 は該第1層である入力層の動態関数(activation function)、シグモイド関数(sigmoid function)であることを特徴とする、ハイブリッドインテリジェントパワーコントロールシステム。A hybrid intelligent power control system, characterized in that is an activation function or a sigmoid function of the input layer which is the first layer.
Nは反復次数、N is the iteration order,
OO jj 22 は第2層である中間層の出力信号、Is the output signal of the second layer, the middle layer,
xx ii 22 (N)は第2層である中間層の入力信号、(N) is the input signal of the second layer, the middle layer,
netnet jj 22 (N)は第2層である中間層のノード関数、(N) is the node function of the second layer, the middle layer,
WW jj 22 は第2層である中間層のリカレント単位の重み値、Is the weight value of the recurrent unit of the intermediate layer which is the second layer,
WW ijij 22 は第2層中、入力層と中間層を連結する重み値、Is a weight value connecting the input layer and the intermediate layer in the second layer,
nは第2層である中間層中のニューロン数、n is the number of neurons in the second layer, the middle layer,
ff jj 22 は第2層である中間層中の動態関数、シグモイド関数であることを特徴とする、ハイブリッドインテリジェントパワーコントロールシステム。Is a hybrid intelligent power control system characterized by being a sigmoid function, a dynamic function in the intermediate layer which is the second layer.
Nは反復次数、N is the iteration order,
OO kk 3Three (N)は該出力層の出力信号、(N) is the output signal of the output layer,
WW jkjk 3Three は第3層である出力層中、中間層と出力層の間を連結するのに用いられる重み値、Is the weight value used to connect between the middle layer and the output layer in the third output layer, ff kk 3Three は該第3層である出力層中の動態関数、Is the dynamic function in the third layer, the output layer,
netnet kk 3Three (N)は第3層である出力層中のノード関数、(N) is the node function in the output layer, which is the third layer,
xx jj 3Three (N)は第N次の、該第3層である出力層の入力信号、(N) is the Nth order output signal of the output layer which is the third layer,
kは、第3層である出力層中のニューロン数、k is the number of neurons in the output layer, which is the third layer,
ββ cc は羽根ピッチ角コントロール命令、Is the blade pitch angle control command,
であることを特徴とする、ハイブリッドインテリジェントパワーコントロールシステム。A hybrid intelligent power control system characterized by
オンライントレーニング(on-line training)のリカレントニューラルネットワーク(recurrent neural network,RNN)は、監督式学習とトレーニングプロセス(Supervised learning and training process)であり、勾配下降の監督式学習法則をこのシステムのトレーニングに用い、並びに動態パックプロパゲーションアルゴリズムで、トレーニング形態を通してRNNのパラメータWThe on-line training recurrent neural network (RNN) is a supervised learning and training process that uses a gradient descent supervised learning law to train the system. As well as the dynamic pack propagation algorithm, the RNN parameter W through the training form jkjk 3Three 、W, W jj 22 、W, W ijij 22 を調整し、リカレント方法を応用し、各1層の重み値を計算、更新し、監督式学習の目的は、誤差関数Eの最小化であり、, Applying the recurrent method, calculating and updating the weight value of each layer, the purpose of supervised learning is to minimize the error function E,
そのうち、Of which
PP mm はタービンの出力パワー、Is the output power of the turbine,
ee mm 22 はパワー差値の平方((Pw−Pm)Is the square of the power difference ((Pw-Pm) 22 )、),
であることを特徴とする、ハイブリッドインテリジェントパワーコントロールシステム。A hybrid intelligent power control system characterized by
ee mm はパワー差値(PIs the power difference value (P ww −P-P mm )、),
OO kk 3Three は第3層である出力層の出力信号、Is the output signal of the output layer which is the third layer,
δδ kk はバックプロパゲーションによる誤差、Is the error due to backpropagation,
Eは誤差関数、E is the error function,
△W△ W jkjk 3Three 重みは以下の式により調整され、The weight is adjusted by the following formula:
△W△ W jkjk 3Three は第3層の更新中、第2層の中間層と第3層の出力層を連結する重み値の毎次更新反復差量、Is the update amount of each successive update of the weight value connecting the intermediate layer of the second layer and the output layer of the third layer during the update of the third layer,
OO jj 22 は第2層中間層の出力信号、Is the output signal of the second intermediate layer,
OO kk 3Three は第3層出力層の出力信号、Is the output signal of the third layer output layer,
netnet kk 3Three (N)は第3層出力層中のノード関数、(N) is the node function in the third output layer,
δδ kk はバックプロパゲーションによる誤差、Is the error due to backpropagation,
Eは誤差関数、E is the error function,
WW jkjk 3Three 重み値は、WThe weight value is W jkjk 3Three (N+1)=W(N + 1) = W jkjk 3Three (N)+η(N) + η jkjk △W△ W jkjk 3Three (N)により更新され、Updated by (N),
そのうち、Of which
WW jkjk 3Three (N+1)は第2層である中間層と第3層である出力層を連結する重み値の毎次修正量、(N + 1) is the weight correction value for connecting the intermediate layer as the second layer and the output layer as the third layer,
ηη jkjk は調整パラメータWIs the adjustment parameter W jkjk の学習速度であることを特徴とする、ハイブリッドインテリジェントパワーコントロールシステム。A hybrid intelligent power control system, characterized by its learning speed.
W j 2 の適応性規則は、
Wj 2(N+1)=Wj 2(N)+ηj△Wj 2(N)
Wij 2(N+1)=Wij 2(k)+ηij△Wij 2(N)
そのうち、
η j は調整パラメータW j 2 の学習速度、
η ij は調整パラメータW ij 2 の学習速度、
W j 2 は第2層更新中、第2層中間層リカレント単位の重み値であり、
△W j 2 は第2層更新中、第2層中間層重み値の毎次更新反復差量であり、
W ij 2 は第2層更新中、入力層と中間層を連結する重み値であり、
△W jk 2 は第2層更新中、第2層中間層と第3層出力層の毎次更新反復差量連結重み値の毎次更新反復であり、
W j 2 、W ij 2 及びW jk の調整により、誤差関数
The adaptability rule for W j 2 is
W j 2 (N + 1) = W j 2 (N) + η j △ W j 2 (N)
W ij 2 (N + 1) = W ij 2 (k) + η ij △ W ij 2 (N)
Of which
η j is the learning speed of the adjustment parameter W j 2
η ij is the learning speed of the adjustment parameter W ij 2 ,
W j 2 is the weight value of the second layer intermediate layer recurrent unit during the second layer update,
△ W j 2 is the second-order intermediate layer weight value of each second-order update iteration difference during the second layer update,
W ij 2 is a weight value connecting the input layer and the intermediate layer during the second layer update,
△ W jk 2 is the second order update iteration of the second order update iteration difference weight connection weight value of the second layer middle layer and the third layer output layer during the second layer update,
By adjusting W j 2 , W ij 2 and W jk
(a)ステップ621:リカレントニューラルネットワーク(recurrent neural network,RNN)変化量を初期化し、ステップ622に進み、(A) Step 621: Initialize a recurrent neural network (RNN) change amount, and proceed to Step 622;
(b)ステップ622:構造学習プロセスに進むか否か評価し、イエスであれば、ステップ623に進み、ノーであれば、ステップ628に進み、(B) Step 622: Evaluate whether to proceed to the structure learning process. If yes, go to step 623; if no, go to step 628.
(c)ステップ623:新メンバーシップ関数(membership functions)のノードを増加するか否かを評価し、イエスであれば、ステップ624に進み、ノーであればステップ628に進み、(C) Step 623: Evaluate whether to increase the nodes of the new membership functions. If yes, go to step 624; if no, go to step 628.
(d)ステップ624:新ノードを増加し、ステップ625に進み、(D) Step 624: Increase the new node, go to step 625,
(e)ステップ625:新ノードとその他のノードに、相似性試験を行い(E) Step 625: Similarity test is performed on the new node and other nodes
(f)ステップ626:新ノードを受け入れ、ステップ628に進み、(F) Step 626: Accept new node, go to step 628,
(g)ステップ627:新ノードを削除し、ステップ628に進み、(G) Step 627: Delete the new node and go to Step 628.
(h)ステップ628:監督式学習プロセスを使用し、W(H) Step 628: Using a supervised learning process, W jj 22 、W, W ijij 22 及びWAnd W jkjk をトレーニングし、Train and
(i)ステップ629:試験を収斂し、誤差関数(error function) (I) Step 629: Convergence of the test and an error function
ファジィスライドモードコントローラ(fuzzy sliding mode controller)を使用してファジィ推論メカニズム(fuzzy inference mechanism)を実行して発電機をコントロールするステップと、Controlling the generator by executing a fuzzy inference mechanism using a fuzzy sliding mode controller;
リカレントニューラルネットワーク(recurrent neural network,RNN)ピッチ角コントローラ(pitch angle controller)を使用してオンライントレーニング(on-line training)方法を実行して該発電機に結合されたタービンのピッチ角をコントロールすることで、最大のパワー出力を達成するステップと、Controlling the pitch angle of a turbine coupled to the generator by performing an on-line training method using a recurrent neural network (RNN) pitch angle controller. And achieving the maximum power output,
を包含し、Including
該リカレントニューラルネットワーク(recurrent neural network,RNN)は3層の神経ネットワークプロセスであり、第1層である入力層、第2層である中間層、第3層である出力層を包含し、The recurrent neural network (RNN) is a three-layer neural network process including an input layer as a first layer, an intermediate layer as a second layer, and an output layer as a third layer.
該中間層の基底関数形式は、線形関数(Linear Function)、ガウス関数(Gaussian Function)、ロジック関数(Logic Function)及び指数関数(Exponential function)のいずれかを選択することを特徴とする、ハイブリッドインテリジェントパワーコントロール方法。The base layer form of the intermediate layer is selected from a linear function, a Gaussian function, a logic function, and an exponential function. Power control method.
netnet ii 11 (N)は第1層である入力層のノード関数、(N) is the node function of the input layer, which is the first layer,
OO ii 11 (N)は第1層である入力層の出力信号、(N) is the output signal of the input layer, which is the first layer,
Nは反復次数、N is the iteration order,
ff ii 11 は該第1層である入力層の動態関数(activation function)、シグモイド関数(sigmoid function)であることを特徴とする、ハイブリッドインテリジェントパワーコントロール方法。A hybrid intelligent power control method characterized in that is an activation function or a sigmoid function of an input layer as the first layer.
Nは反復次数、N is the iteration order,
OO jj 22 は第2層である中間層の出力信号、Is the output signal of the second layer, the middle layer,
xx ii 22 (N)は第2層である中間層の入力信号、(N) is the input signal of the second layer, the middle layer,
netnet jj 22 (N)は第2層である中間層のノード関数、(N) is the node function of the second layer, the middle layer,
WW jj 22 は第2層である中間層のリカレント単位の重み値、Is the weight value of the recurrent unit of the intermediate layer which is the second layer,
WW ijij 22 は第2層中、入力層と中間層を連結する重み値、Is a weight value connecting the input layer and the intermediate layer in the second layer,
nは第2層である中間層中のニューロン数、n is the number of neurons in the second layer, the middle layer,
ff jj 22 は第2層である中間層中の動態関数、シグモイド関数であることを特徴とする、ハイブリッドインテリジェントパワーコントロール方法。A hybrid intelligent power control method characterized in that is a sigmoid function or a dynamic function in the intermediate layer which is the second layer.
Nは反復次数、N is the iteration order,
OO kk 3Three (N)は該出力層の出力信号、(N) is the output signal of the output layer,
WW jkjk 3Three は第3層である出力層中、中間層と出力層の間を連結するのに用いられる重み値、Is the weight value used to connect between the middle layer and the output layer in the third output layer, ff kk 3Three は該第3層である出力層中の動態関数、Is the dynamic function in the third layer, the output layer,
netnet kk 3Three (N)は第3層である出力層中のノード関数、(N) is the node function in the output layer, which is the third layer,
xx jj 3Three (N)は第N次の、該第3層である出力層の入力信号、(N) is the Nth order output signal of the output layer which is the third layer,
kは、第3層である出力層中のニューロン数、k is the number of neurons in the output layer, which is the third layer,
ββ cc は羽根ピッチ角コントロール命令、Is the blade pitch angle control command,
であることを特徴とする、ハイブリッドインテリジェントパワーコントロール方法。A hybrid intelligent power control method characterized by
そのうち、Of which
PP mm はタービンの出力パワー、Is the output power of the turbine,
ee mm 22 はパワー差値の平方((Pw−Pm)Is the square of the power difference ((Pw-Pm) 22 )、),
であることを特徴とする、ハイブリッドインテリジェントパワーコントロール方法。A hybrid intelligent power control method characterized by
ee mm はパワー差値(PIs the power difference value (P ww −P-P mm )、),
OO kk 3Three は第3層である出力層の出力信号、Is the output signal of the output layer which is the third layer,
δδ kk はバックプロパゲーションによる誤差、Is the error due to backpropagation,
Eは誤差関数、E is the error function,
△W△ W jkjk 3Three 重みは以下の式により調整され、The weight is adjusted by the following formula:
△W△ W jkjk 3Three は第3層の更新中、第2層の中間層と第3層の出力層を連結する重み値の毎次更新反復差量、Is the update amount of each successive update of the weight value connecting the intermediate layer of the second layer and the output layer of the third layer during the update of the third layer,
OO jj 22 は第2層中間層の出力信号、Is the output signal of the second intermediate layer,
OO kk 3Three は第3層出力層の出力信号、Is the output signal of the third layer output layer,
netnet kk 3Three (N)は第3層出力層中のノード関数、(N) is the node function in the third output layer,
δδ kk はバックプロパゲーションによる誤差、Is the error due to backpropagation,
Eは誤差関数、E is the error function,
WW jkjk 3Three 重み値は、WThe weight value is W jkjk 3Three (N+1)=W(N + 1) = W jkjk 3Three (N)+η(N) + η jkjk △W△ W jkjk 3Three (N)により更新され、Updated by (N),
そのうち、Of which
WW jkjk 3Three (N+1)は第2層である中間層と第3層である出力層を連結する重み値の毎次修正量、(N + 1) is the weight correction value for connecting the intermediate layer as the second layer and the output layer as the third layer,
ηη jkjk は調整パラメータWIs the adjustment parameter W jkjk の学習速度であることを特徴とする、ハイブリッドインテリジェントパワーコントロール方法。A hybrid intelligent power control method characterized by the learning speed of
そのうち、
W j 2 の適応性規則は、
Wj 2(N+1)=Wj 2(N)+ηj△Wj 2(N)
Wij 2(N+1)=Wij 2(k)+ηij△Wij 2(N)
そのうち、
η j は調整パラメータW j 2 の学習速度、
η jk は調整パラメータW ij 2 の学習速度、
W j 2 は第2層更新中、第2層中間層リカレント単位の重み値であり、
△W j 2 は第2層更新中、第2層中間層重み値の毎次更新反復差量であり、
W ij 2 は第2層更新中、入力層と中間層を連結する重み値であり、
△W jk 2 は第2層更新中、第2層中間層と第3層出力層の毎次更新反復差量連結重み値の毎次更新反復であり、
W j 2 、W ij 2 及びW jk 2 の調整により、誤差関数
Of which
The adaptability rule for W j 2 is
W j 2 (N + 1) = W j 2 (N) + η j △ W j 2 (N)
W ij 2 (N + 1) = W ij 2 (k) + η ij △ W ij 2 (N)
Of which
η j is the learning speed of the adjustment parameter W j 2
η jk is the learning speed of the adjustment parameter W ij 2
W j 2 is the weight value of the second layer intermediate layer recurrent unit during the second layer update,
△ W j 2 is the second-order intermediate layer weight value of each second-order update iteration difference during the second-layer update,
W ij 2 is a weight value connecting the input layer and the intermediate layer during the second layer update,
△ W jk 2 is the second order update iteration of the second order update iteration difference weight connection weight value of the second layer middle layer and the third layer output layer during the second layer update,
By adjusting W j 2 , W ij 2 and W jk 2 , the error function
(a)ステップ621:リカレントニューラルネットワーク(recurrent neural network,RNN)変化量を初期化し、ステップ622に進み、(A) Step 621: Initialize a recurrent neural network (RNN) change amount, and proceed to Step 622;
(b)ステップ622:構造学習プロセスに進むか否か評価し、イエスであれば、ステップ623に進み、ノーであれば、ステップ628に進み、(B) Step 622: Evaluate whether to proceed to the structure learning process. If yes, go to step 623; if no, go to step 628.
(c)ステップ623:新メンバーシップ関数(membership functions)のノードを増加するか否かを評価し、イエスであれば、ステップ624に進み、ノーであればステップ628に進み、(C) Step 623: Evaluate whether to increase the nodes of the new membership functions. If yes, go to step 624; if no, go to step 628.
(d)ステップ624:新ノードを増加し、ステップ625に進み、(D) Step 624: Increase the new node, go to step 625,
(e)ステップ625:新ノードとその他のノードに、相似性試験を行い(E) Step 625: Similarity test is performed on the new node and other nodes
(f)ステップ626:新ノードを受け入れ、ステップ628に進み、(F) Step 626: Accept new node, go to step 628,
(g)ステップ627:新ノードを削除し、ステップ628に進み、(G) Step 627: Delete the new node and go to Step 628.
(h)ステップ628:監督式学習プロセスを使用し、W(H) Step 628: Using a supervised learning process, W jj 22 、W, W ijij 22 及びWAnd W jkjk をトレーニングし、Train and
(i)ステップ629:試験を収斂し、誤差関数(error function) (I) Step 629: Convergence of the test and an error function
以上のステップを包含することを特徴とする、ハイブリッドインテリジェントパワーコントロール方法。A hybrid intelligent power control method comprising the above steps.
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