[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

说明书

本发明公开了一种基于多步预测的模型预测控制MPC的偏航控制方法，包括：选择控制周期和预测长度m；获取预测风向信息；基于穷举搜索方法获取m步偏航预测模型对应的可行解序列；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；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。本发明提供一种基于多步预测的MPC偏航控制方法，求解过程简单，在基于MPC的偏航控制系统中能够通用，且能充分利用基于MPC的偏航控制系统的潜在性能。

技术领域

本发明涉及工业控制领域，具体涉及一种基于多步预测的模型预测控制MPC的偏航控制方法。

背景技术

现代大型水平轴风力发电机普遍安装了偏航控制系统，其目的是使机舱绕风轮轴线旋转，使风轮扫略区域稳定地指向来风向从而增加风能的捕获。风力发电机将风向标获得的风向信息纳入到主动偏航控制策略中，其工业上主要采用基于逻辑的偏航控制方法。然而，该方法所使用的风向值通常夹杂着噪声，很容易受到风力机运行的影响。为此，有学者提出利用爬山法(HCM，Hill Climbing Method)去寻找最大功率点(MPP，maximum powerpoint)所对应的偏航角。但是，在实际应用中很难去定位这个最大功率点。随着激光雷达技术的发展和一些先进预测方法的提出，风向和风速信息能够被提前预测，研究人员开始关注基于预测风信息的先进预测控制方法，并将其应用于风力发电机的偏航控制系统中。

迄今为止，仅有少数文献进行了一些理论研究，提出将模型预测控制方法(MPC，Model Predictive Control)应用于偏航控制系统，证实了偏航控制系统的预测控制在减小载荷和增加发电量这方面有明显优势。然而，现有理论方法中将MPC应用于偏航控制系统采用的是连续型的MPC，这就需要用一个复杂的二次规划求解器来进行求解；同时，现有方法均假设偏航系统的速度为连续可调，并且没有考虑偏航系统硬件对偏航速度的约束。因此，非常有必要提出适合风电机组工业应用场景的基于MPC的偏航控制解决方案。

发明内容

本发明目的在于，针对偏航控制系统对风效率最大化和偏航执行机构最小使用率的双重优化目标，根据大型风电机组偏航控制系统的特点，提供一种基于多步预测的MPC偏航控制方法。

本发明实施方式提供一种基于多步预测的模型预测控制MPC的偏航控制方法，包括：

S1、选择控制周期T_c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。

进一步，所述预测风向信息可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+m步的风向值表述为：

θ_wd(k+1|k)，θ_wd(k+2|k)，...，θ_wd(k+m|k)。

进一步，所述穷举搜索方法包括：

初始化阶段，即m＝0，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；