[发明专利]基于风能利用系数与多元多项式回归的风力机功率预测方法

权利要求书

1.一种基于风能利用系数与多元多项式回归的风力机功率预测方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、对SCADA采样数据集D0以风速、叶片转速、桨距角以及功率作为特征提取出来，组成数据集D1；

S2、根据风机特性曲线将数据集D1分为恒功率、恒转速、最大功率点跟踪三个阶段，并分别以一定比例分为训练集和验证集；

S3、根据风机理论基础，将风能利用系数C_p作为功率建模的中间变量，分别对恒功率段数据集D11-1,恒转速段数据集D12-1和最大功率点跟踪段数据集D13-1建立多元多项式模型；

S4、将步骤S3中数据集D11-1，D12-1和D13-1建立好的风能利用系数C_p多项式模型，在验证数据集D11-2，D12-2和D13-2上进行风机输出功率预测；

步骤S2对风机的运行过程分段包括如下步骤：

S201、以风速作为分割线，将采样数据集D1分割成三部分，为D11，即风速大于等于额定风速，D12，即风速大于等于额定转速风速且小于额定风速，和D13，即风速小于额定转速风速，表示风机所处的三种状态；

S202、对数据集D11按一定比例分为两组数据，记为D11-1和D11-2；对数据集D12按一定比例分为两组数据，记为D12-1和D12-2；对数据集D13按一定比例分为两组数据，记为D13-1和D13-2；D11-1，D12-1和D13-1作为训练集，即建模样本；D11-2，D12-2和D13-2作为验证集，即预测样本；

步骤S3包括如下步骤：

S301、对数据集D11-1建立多元多项式模型：

采用多元多项式回归模型，将风能利用系数C_p(λ,θ)表示为叶尖速比λ和桨距角θ的m1阶多项式，如下式：

y＝∑a_ijx₁ⁱx₂^j；

式中，y表示风能利用系数C_p，x₁表示叶尖速比λ，x₂表示桨距角，a_ij表示系数，其中i,j＝0,1,2,…,m₁；i+j≤m₁；采用最小二乘法找到使得代价函数J最小的阶次m1和参数a_ij，使得多项式模型的精度达到最高，代价函数为：

式中，N是样本数量，和y_i分别是风能利用系数C_p的预测值和实际值；

合适的m1值是使模型预测的均方根误差RMSE最小对应的阶数，公式如下：

式中，N为验证样本个数；y_i为验证样本风能利用系数C_p实际值；是多项式模型C_p预测值；

S302、对数据集D12-1建立多元多项式模型：

由于风机处于恒转速阶段，认为转速恒为额定转速，用λ′表征此状态下风机的叶尖速比：

其中转速n_N取额定转速，

同样采用多元多项式回归模型，将风能利用系数C_p(λ,θ)表示为叶尖速比λ′和桨距角θ的m2阶多项式，也用最小二乘法找到最佳阶次m2和参数a_ij，合适的m2值是使模型预测的RMSE最小对应的阶数；

S303、对数据集D13-1建立多元多项式模型：

考虑到低风速时由于变桨距控制技术风机桨距角变化极小，对该数据集建立风能利用系数C_p关于叶尖速比λ的一元多项式模型，经最小二乘拟合找到多项式的最佳阶次m3和参数a_ij，合适的m3值是使模型预测的RMSE最小对应的阶数；

步骤S4包括如下步骤：

S401、利用步骤S301中数据集D11-1建立好的风能利用系数C_p多项式模型，在验证数据集D11-2进行风机输出功率预测，具体计算公式为：

其中，为风能利用系数C_p的预测值；

S402、利用步骤S302中数据集D12-1建立好的风能利用系数C_p多项式模型，在验证数据集D12-2进行风机输出功率预测，具体计算公式与步骤S401中的相同；

S403、利用步骤S303中数据集D13-1建立好的风能利用系数C_p多项式模型，在验证数据集D13-2进行风机输出功率预测，具体计算公式与步骤S401中的相同。