[发明专利]一种基于ELM的风电机组桨距角控制方法

权利要求书

1.一种基于ELM的风电机组桨距角控制方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

(1)获取机组某段时间内的有效风速信息，记为V，V是ELM训练目标集，获取对应时间段内的与有效风速信息相关的机组输出数据，并去除获取到的机组输出数据中的相关性，得到去除相关性后的数据；

(2)对步骤(1)获得的去除相关性后的数据进行归一化处理，得到ELM的训练特征集X中的列分量，构造ELM的训练特征集，训练特征集X和训练目标集V共同构成ELM的训练集；

(3)构造包括输入层、隐含层和输出层ELM的结构，使用步骤(2)获得的训练集确定ELM的参数，训练得到ELM模型；

(4)在线使用时，将去除相关性后的机组输出数据做归一化处理，输入到步骤(3)训练好的ELM模型中，计算得到有效风速估计值；

(5)将机组的风轮转速动态模型分解为非线性部分和不确定部分，根据有效风速估计值，计算出机组的风轮转速动态特性的非线性部分；

(6)根据计算出的风轮转速动态特性的非线性部分以及BUDE原理，得到最终的桨距角控制信号表达式:

k＞0，k₁＞0，k₂＞0是用户自定义的常值控制参数，k_o是需要不断更新的控制参数，β₁是最终的桨距角控制信号，β₀是改写后的控制信号初步表达式，其表达式为：

其中s是拉普拉斯域的变量，L^-1(·)表示拉普拉斯反变换，e＝ω_r-ω_d是风轮转速调节误差，ω_r是风轮转速，ω_d是风轮转速额定值；根据李雅普诺夫稳定性理论，取k₀和β₁的初值分别为1和0，上述得到的最终的桨距角控制信号β₀的范围为0到

2.根据权利要求1所述的基于ELM的风电机组桨距角控制方法，其特征在于，所述步骤(1)中，机组T时间内的有效风速信息通过激光雷达测风装置获得，使用SCADA系统记录对应T时间段内的与有效风速信息相关的机组输出数据X'＝[x'(i,j)],i＝1,...,l,j＝1,...,6，其中x'(i,j)是SCADA系统的一次采样输出，其表达式为：

其中，β是桨距角，是桨距角变化率，a_fa是塔架前后加速度，v_fa是塔架前后速度，x_fa是塔架前后位移，R_a是风轮角位移。

3.根据权利要求1所述的基于ELM的风电机组桨距角控制方法，其特征在于，所述步骤(1)中，采用PCA算法去除获取到的机组输出数据中的相关性，具体步骤包括：对数据进行去中心化处理，即X'的每一列数据均减去各自的均值；计算协方差矩阵；计算协方差矩阵的特征值和特征向量；将特征向量按照特征值从大到小按列排序，并取前3列组成矩阵P；将数据X'投影到矩阵P中，得到去除相关性后的数据X”＝[x”(i,:)]。

4.根据权利要求1所述的基于ELM的风电机组桨距角控制方法，其特征在于，所述步骤(2)中，归一化处理的具体操作为：

其中，x”(:,j)表示X”中的列分量，μ(j)和σ(j)分别是x”(:,j)的均值和标准差，x(:,j)组成ELM的训练特征集X中的列分量。

5.根据权利要求1所述的基于ELM的风电机组桨距角控制方法，其特征在于，所述步骤(3)中，使用步骤(2)获得的训练集确定ELM的参数，构造的ELM包括具有3个节点的输入层，10个节点的隐含层，1个节点的输出层，随机初始化输入层到隐含层的权重W₁和偏置B，得到隐含层的输出H＝ψ(XW₁+B)，选取隐含层的激活函数ψ为sigmoid函数，记隐含层到输出层的权重为W₂，则W₂计算为：

W₂＝H⁺V

其中H⁺是H的伪逆。