[發明專利]基于風向預測的新型偏航控制方法

在審

• 申請號: 202010532346.1
• 申請日: 2020-06-11
• 公開（公告）號: CN111878307A
• 公開（公告）日: 2020-11-03
• 發明（設計）人: 封焯文;戴秋華;宋英龍;顏舍予;朱世平;肖玥
• 申請（專利權）人: 中國能源建設集團湖南省電力設計院有限公司
• 主分類號: F03D7/04
• 分類號: F03D7/04
• 代理公司: 長沙星耀專利事務所(普通合伙) 43205
• 代理人: 寧星耀;趙靜華

基于風向預測的新型偏航控制方法，包括以下步驟：（1）建立預測風向的ARIMA?KF預測模型；（2）基于有限控制集的MPC進行偏航控制。與現有的工業偏航控制方法相比，本發明基于風向預測的新型偏航控制方法有著更小的偏航誤差，從而增加最大風力獲取能力。

技術領域

本發明涉及偏航控制方法，具體是涉及一種基于風向預測的新型偏航控制方法。

背景技術

由于對風力資源的日益增長的需求，如今對風力發電機的研究著重在于單位投資下發電量最大化，其中偏航控制技術扮演著不可或缺的角色，它能夠直接影響風電機組的電力生產和組件負載。

偏航控制的工作對風電機組的性能也會產生影響，一方面，偏航的錯位會減少風力的獲取；另一方面，偏航的誤差可能帶來各個組件負載的增加，因此偏航系統的運行對風電機組的性能有著重要的影響。

現有的工業偏航控制方法中，為了避免偏航系統的快速移動可能引起風電機組的高負荷，偏航速度通常設計在0.2°/s到0.8°/s的范圍內；同時，為了避免偏航致動器的過度使用，偏航系統總是以不連續的間隔啟動，這將導致偏航誤差較大。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是，克服上述背景技術的不足，提供一種偏航誤差小的基于風向預測的新型偏航控制方法。

本發明解決其技術問題采用的技術方案是，一種基于風向預測的新型偏航控制方法，包括以下步驟：

(1)建立預測風向的ARIMA-KF預測模型；

(2)基于有限控制集的MPC進行偏航控制。

進一步，步驟(1)中，建立預測風向的ARIMA-KF預測模型，具體包括以下步驟：

(1-1)選擇三種不同平均周期的原始風向數據系列；

(1-2)使用三種不同平均周期的原始風向數據系列來訓練ARIMA預測模型；

(1-3)設計基于KF的預測模型；

(1-4)輸出一步預測值。

進一步，步驟(1-1)中，選擇10s，30s和60s三種不同平均周期的原始風向數據系列。

進一步，步驟(1-3)中，設計基于KF的預測模型的具體方法如下：通過重構ARIMA預測模型創建系統狀態方程，并根據測量變量和系統狀態變量的關系定義測量方程；最后，通過使用KF迭代算法獲得新預測的值。

進一步，步驟(2)中，基于有限控制集的MPC進行偏航控制，具體包括以下步驟：

(2-1)定義質量函數QF；

(2-2)建立目標系統偏航速度的模型及其可能的控制集；

(2-3)建立用于預測的受控變量模型；

(2-4)評估每個對照組的預測值，并選擇具有最小QF值的那個。

進一步，步驟(2-1)中，定義質量函數QF的具體步驟如下：

(2-1-1)選擇質量函數的第一部分QF(1)，

QF(1)＝w₁[θ_ye(k+1|k)]² (1)；

其中，w₁,w₂,w₃表示被調整的加權因子，k表示第k取樣周期，k+1表示第k+1取樣周期；θ_ye(k+1|k)表示第k取樣周期時計算的第k+1取樣周期中的偏航誤差。

(2-1-2)選擇質量函數的第二部分QF(2)，