基于改進(jìn)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)油田配電網(wǎng)諧波預(yù)測(cè)研究

傳統(tǒng)BP網(wǎng)絡(luò)收斂速度慢,很難實(shí)現(xiàn)大量樣本數(shù)據(jù)的處理及應(yīng)用與進(jìn)行實(shí)時(shí)預(yù)報(bào)。因而,與以往常規(guī)的梯度下降法不同,本文修正BP網(wǎng)絡(luò)的閾值和連接權(quán)值采用Levenberg-Marquardt算法(簡(jiǎn)稱L-M算法)。L-M算法的基本原理如下:

式中:I為單位陣;為一個(gè)非負(fù)值。依賴于的幅值,該方法光滑地在兩種極端情況之間變法:即Guass-Newton法(當(dāng)0)和標(biāo)準(zhǔn)梯度法(當(dāng))。該式即可作為BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的學(xué)習(xí)訓(xùn)練方法。

網(wǎng)絡(luò)權(quán)值和偏差的變化量:

并以此不斷來(lái)對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行調(diào)整訓(xùn)練,直至達(dá)到目標(biāo)要求。由式(3)可知,L-M法實(shí)際上綜合了Newton法和標(biāo)準(zhǔn)梯度下降法二者的優(yōu)點(diǎn),是Newton法和標(biāo)準(zhǔn)梯度下降法的結(jié)合。因而,以L-M算法設(shè)計(jì)的BP網(wǎng)絡(luò)在精度及收斂速度方面都有很明顯的優(yōu)勢(shì)。

根據(jù)公式(2)模型中的假設(shè),訓(xùn)練過(guò)程中,輸入為總的電流值和基波電流值,根據(jù)采樣時(shí)間的不同每個(gè)周期選擇8對(duì)樣本,基波的幅值上限定位1.0,模型的輸出為0.02、0.05和0.5幅值的5次諧波,這樣輸入共24對(duì)采樣樣本。

圖2 基于L-M算法的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)

諧波預(yù)測(cè)模型建立

基于L-M算法的網(wǎng)絡(luò)模型訓(xùn)練過(guò)程如圖2所示,基于24對(duì)訓(xùn)練樣本的的模型平均誤差為0.0085,達(dá)到了一定的精度。為驗(yàn)證網(wǎng)絡(luò)的泛化能力,重新生成40對(duì)樣本,輸出諧波幅值分別是0.4和0.08,仿真結(jié)果如圖3所示。文中仿真數(shù)據(jù)采用階躍跟蹤信號(hào),神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的仿真結(jié)果驗(yàn)證了L-M算法具有梯度法的全局特性,提供了牛頓法的速度和保證收斂的梯度下降法之間的折衷,收斂的迭代次數(shù)少,能快速完成網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練。

圖3 基于L-M算法的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)

諧波預(yù)測(cè)誤差

5 結(jié)束語(yǔ)

本文結(jié)合油田的實(shí)際需求,建立了油田配電網(wǎng)簡(jiǎn)化的數(shù)學(xué)模型,以五次諧波為研究對(duì)象,設(shè)為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸出進(jìn)行仿真研究,采用改進(jìn)的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法對(duì)油田配電網(wǎng)諧波進(jìn)行預(yù)測(cè)預(yù)報(bào),并進(jìn)行了測(cè)試樣本驗(yàn)證。仿真結(jié)果驗(yàn)證了L-M算法的優(yōu)越性,本文提出的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)油田配電網(wǎng)諧波能減少諧波污染,非常具有實(shí)用價(jià)值。因此,本課題的研究將對(duì)于我國(guó)在油田節(jié)能供電方面技術(shù)的提升、供電質(zhì)量的提高以及高性能供電技術(shù)的發(fā)展都具有很大的意義,為使電能能夠在油田中得到高效、低污染的應(yīng)用開(kāi)辟重要途徑。