[发明专利]一种基于多步预测的模型预测控制MPC的偏航控制方法

权利要求书

1.一种基于多步预测的模型预测控制MPC的偏航控制方法，其特征在于，所述方法包括：

S1、选择控制周期和预测长度m；

S2、获取预测风向信息；

S3、基于穷举搜索方法获取第k个控制周期下m步偏航预测模型对应的可行解序列;

S4、利用所述预测风向信息和所述可行解序列求解所述m步偏航预测模型；

S5、对每个可行解序列求取对应的性能，选择性能最好的作为控制输出。

2. 如权利要求1所述的偏航控制方法，其特征在于，所述预测风向信息来源于风向预测算法或先进lidar测风设备，在第k采样步长时预测的k+1, k+2，…,k+m步的风向值表述为：

，，...，。

3. 如权利要求1所述的偏航控制方法，其特征在于，所述穷举搜索方法包括：

初始化阶段，即，偏航控制系统没有激活，其偏航速度为

，其中j用于表示偏航速度三种取值状态：

；

对于1步预测模型，由于当前的偏航速度为0，则下一步的偏航速度表示为，即有三种可能的速度；

对于2步预测模型，由于受到硬件约束的限制，在的情况下有两种可能的解；而在的情况下有三种可能的解，因此，一共有7个可能的解，表述为： ；

对于3步预测模型，与2步预测模型类似，在和情况下分别有两种和三种可能的解，由2步预测模型的7个可能的解推导出3步预测模型共有17个可能的解，表述为：；

对于m步预测模型，按照上述方法进行类推。

4.如权利要求3所述的偏航控制方法，其特征在于，所述硬件约束表达如下：

。

5.如权利要求1所述的偏航控制方法，其特征在于，所述m步偏航预测模型建立过程如下：

通过最小化偏航误差来实现发电量最大化，一步偏航预测模型的离散表达式为：

，

其中，，表示在第k个控制或采样步长时的机舱位置，T_s表示采样周期，

根据所述一步预测模型的离散表达式，得到m步偏航预测模型的表达式如下：

，

其中表示第k个采样步长时刻预测k+m个步长时刻的偏航速度，表示第k个采样步长时预测k+m的偏航误差。

6.如权利要求1-5任一项所述的偏航控制方法，其特征在于，所述性能计算过程如下：

偏航控制系统获得的发电功率与偏航误差之间存在余弦平方的关系，其捕获的能量表达式为：

，

其中，表示空气密度，表示叶轮面积，表示风电机组的风能捕获系数，V₀表示风速，N表示采样步长；

用发电量减小系数来评估发电性能：

，

其中E_ideal表示偏航误差为零时的捕获的风能；

偏航执行器利用率用来表示：

，

根据所述发电量减小系数和偏航执行器利用率用得到一个目标函数QF：

，

其中w是可调节的权重系数。

7.如权利要求6所述的偏航控制方法，其特征在于，采用一种基于帕累托曲线斜率计算的方法来优化选取所述权重系数w。