Research on Soft Sensing of Wind Turbine Static Yaw Error Based on iNNE-SGPR

GUO Dongjie; JIA Chengzhen; ZHANG Zhi; LIU Yushan; WANG Lingmei; ZHOU Zhipeng; SHI Juanjuan

doi:10.20204/j.sp.2025.11010

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Research on Soft Sensing of Wind Turbine Static Yaw Error Based on iNNE-SGPR

更新时间：2025-12-10

- Research on Soft Sensing of Wind Turbine Static Yaw Error Based on iNNE-SGPR
- Vol. 53, Issue 11, Pages: 81-90(2025)
- 作者机构：
  
  1. 国家电投集团山西新能源有限公司,山西,太原,030006
  2. 山西省智慧风电技术创新中心,山西,太原,030006
  3. 山西大学自动化与软件学院,山西,太原,030006
  4. 国家电力投资集团有限公司,北京,100029
- 作者简介：
- 基金信息：
- DOI：10.20204/j.sp.2025.11010
  CLC：
- Published：2025
- 稿件说明：
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郭东杰,贾成真,张治,刘玉山,王灵梅,周志鹏,石娟娟.基于iNNE+SGPR的风电机组偏航静态误差软测量研究[J].智慧电力,2025,53(11):81-90.

GUO Dongjie, JIA Chengzhen, ZHANG Zhi, et al. Research on Soft Sensing of Wind Turbine Static Yaw Error Based on iNNE-SGPR[J]. 2025, 53(11): 81-90.
郭东杰,贾成真,张治,刘玉山,王灵梅,周志鹏,石娟娟.基于iNNE+SGPR的风电机组偏航静态误差软测量研究[J].智慧电力,2025,53(11):81-90. DOI： 10.20204/j.sp.2025.11010.

GUO Dongjie, JIA Chengzhen, ZHANG Zhi, et al. Research on Soft Sensing of Wind Turbine Static Yaw Error Based on iNNE-SGPR[J]. 2025, 53(11): 81-90. DOI： 10.20204/j.sp.2025.11010.

摘要

针对现有软测量方法在异常点检测上计算效率低、传统数理统计方法精度不足问题，提出一种基于最近邻距离的孤立异常检测（iNNE）和稀疏高斯回归分析（SGPR）的风电机组静态偏航误差软测量方法。首先，采用条件判断与iNNE算法对不同地形风电场的历史运行数据进行预处理；其次，基于完全独立训练条件（FITC）假设构建SGPR模型，结合箱线图分析方法建立偏航误差角的软测量模型，并提出准确性、稳定性与可靠性3类评价指标，将其与现有机器学习方法及激光雷达实测结果进行对比和分析；最后，对5 MW风电机组年发电量（AEP）进行估算。测试结果表明，所提机器学习软测量方法能够更准确地估计偏航误差，经误差补偿后可有效提升机组年发电量。

Abstract

To address the issues of low computational efficiency in outlier detection of existing soft-sensing methods and the insufficient accuracy of traditional mathematical statistics， this paper proposes a soft-sensing method for static yaw error in wind turbines based on the isolation nearest neighbor ensemble （iNNE） and sparse gaussian process regression （SGPR）. Firstly， conditional judgment and the iNNE algorithm are employed to preprocess historical operational data from wind farms in different terrains. Subsequently， an SGPR model is constructed based on the fully independent training conditional （FITC） approximation， and a soft-sensing model for the yaw error angle is established combined with box-plot analysis. Three evaluation metrics—accuracy， stability， and reliability—are proposed to compare and analyze them against existing machine learning methods and Lidar measurement results. Finally， the annual energy production（AEP） of a 5 MW wind turbine is estimated. Test results demonstrate that the proposed machine learning-based soft-sensing method can estimate the yaw error more accurately， and effective error compensation can enhance the annual energy production of the turbine.

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Keywords

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