[发明专利]基于改进小批量梯度上升法的风机最大功率控制方法

权利要求书

1.基于改进小批量梯度上升法的风机最大功率控制方法，其特征在于，包括：

建立考虑风速和风向变化的风机出力模型，设定最大功率点追踪控制系统及偏航系统的动作条件及相关参数，作为实施多变量梯度寻优的基本模型及寻优约束条件；

将小批量梯度上升算法和均方根传递法相结合，提出改进小批量梯度上升算法，对风机出力模型的最大功率进行寻优。

2.根据权利要求1所述的基于改进小批量梯度上升法的风机最大功率控制方法，其特征在于，所述考虑风速和风向变化的风机出力模型，输出功率P的表达式为

式中，P_WT为未考虑风向的风机功率；C_p为风能利用系数，是桨距角β和叶尖速比λ的函数；

ρ为空气密度；A为风力机叶片旋转面面积；v为风速；

λ_i为过程变量，ω为叶片角速度，R为风轮机半径；α为风向角；n为风机转速；

c₁、c₂、c₃、c₄、c₅、c₆分别为风能利用系数函数的参数。

3.根据权利要求2所述的基于改进小批量梯度上升法的风机最大功率控制方法，其特征在于，所述改进小批量梯度上升算法，对风机出力模型的最大功率进行寻优，风机出力模型的多变量梯度寻优函数为

改进小批量梯度上升算法的梯度上升迭代公式为

式中E[g(v)²]_j、E[g(ω)²]_j、E[g(α)²]_j分别对应风速、角速度、风向角的历史梯度平方累积值；g(v)_j、g(ω)_j、g(α)_j分别代表这三个特征量取m个样本计算得到的平均梯度。

4.根据权利要求2所述的基于改进小批量梯度上升法的风机最大功率控制方法，其特征在于，定义ΔP_max为允许最大功率差值；

检测实时风速v、风向角α、功率P，计算功率差值ΔP＝P_t-P_t-1，风速差Δv＝v_t-v_t-1，风向角差值Δα＝α_t-α_t-1，偏航控制器偏转一次后检测到的风向角差值为Δα*，将检测到的功率差值ΔP与风向角α同时作为控制MPPT系统与偏航系统动作的条件参数；

当检测到|ΔP|>ΔP_max时，表明风速或风向发生了改变，通过依次判断Δα、Δv是否满足相应条件进行对应梯度方向矩阵的计算和迭代，具体如下：

1)若|Δα|≥8°、|Δv|>0，说明风速、风向同时变化，通过改进小批量梯度上升算法计算得到梯度上升方向为启动最大功率点追踪控制器并根据ΔP正负值情况决定转速旋转方向，同时启动偏航控制器进行对风操作，并根据Δα正负值情况执行角度偏转；

2)若|Δα|<8°、|Δv|>0，启动最大功率点追踪控制；通过改进小批量梯度上升算法计算得到梯度上升方向矩阵后，风机仅启动最大功率点追踪控制器进行最大功率追踪；功率稳定后重新检测ΔP的大小，若满足|ΔP|≤ΔP_max，最大功率点追踪控制器停止工作；

3)若|Δα|≥8°、|Δv|＝0，表明只需进行偏航控制，通过改进小批量梯度上升法计算得到梯度上升方向为开始进行角度偏转；若满足|Δα*|≤2°，说明偏航到位，可以进行下一轮功率检测。

5.根据权利要求3所述的基于改进小批量梯度上升法的风机最大功率控制方法，其特征在于，所述改进小批量梯度上升法，以风机启动后第一次达到稳定运行状态时的参数值作为初始点。

6.根据权利要求2所述的基于改进小批量梯度上升法的风机最大功率控制方法，其特征在于，c₁＝0.5176，c₂＝116，c₃＝0.4，c₄＝5，c₅＝21，c₆＝0.0068。