基于神经网络的风速时间序列动态学习预测分析——以平原和丘陵地区为例

测风数据的完整性和准确性对正确反应一个地区风资源优劣起着决定性作用,而在测风过程中往往有数据失真和缺失的情况,这些缺失的数据对于正确的评估风资源状况以及计算发电量、机型的选择都有着极为重要的作用;此外风的不确定性和不可控性,风能也随之而变化,从而影响风电场的发电量,如果能对风电场风况进行及时和较为准确的预测,从而就能对风电场风功率以及产量进行预报,进而为电网调度和风电场风机保护提供依据。本文利用时间序列神经网络对风速的短时间预测,为风电场发电量的预测和测风数据短时间缺失替补提供参考。     

CEEMD双层分解和Granger因果变量选择风电功率预测

针对风电功率时间序列具有高度随机波动性而无法精准预测的问题,提出一种基于完备集成经验模态分解（CEEMD）、Granger因果关系检验和长短时记忆网络的新型混合预测方法用于预测风电功率。首先,为研究风电功率和风速的隐性相关性,通过CEEMD算法对风电功率和风速时间序列分别进行序列分解,实现双层分解。其次,通过Granger因果关系方法对各风速分量与各风电功率分量进行因果关系检验,分析风电功率分量与各风速分量间的相关性,以此实现各风电功率分量的输入变量选择。最后,采用长短时记忆网络对各风电功率分量进行预测,并集成得到最终的风电功率预测结果。通过风电厂的实际数据进行了试验,并与多个应用广泛的经典模型进行对比,结果表明该方法的预测精度取得了大幅度提高,能够对风电功率实现精准预测。     

脉动风速随机过程的正交展开

根据脉动风速功率谱的两种不同统计方法,定义了脉动风速Davenport谱的等价功率谱.在此基础上,构造了虚拟脉动风位移随机过程.利用Karhunen-Loeve分解的基本原理,对虚拟脉动风位移随机过程进行正交展开,进而获得脉动风速随机过程的正交展开表达式.研究的主要目的在于:希望用少量的独立随机变量来描述脉动风速随机过程的主要概率特性,为工程结构的抗风动力响应分析及动力可靠性研究奠定了基础.实例分析表明,本文的研究思路是可行的.     

苏通大桥桥址区实测强风非平稳风特性分析

以2012年"达维"和"海葵"台风期间苏通大桥SHMS实测风数据为研究对象,采用游程检验法对桥址区实测风速进行了平稳性检验,对比分析了基于平稳和非平稳风速模型计算得到的平均风速风向(时变)、紊流强度、紊流功率谱密度等风特性,并采用基于小波变换(WT)的演变功率谱密度(EPSD)估计方法,进行了实测强风非平稳演变功率谱分析。结果表明,实测风速表现出明显的非平稳特性;由于时变趋势项的引入,非平稳风速模型比传统平稳风速模型能更好地表征实测强风特性;所得演变功率谱密度直观地展示了实测脉动风速能量的时频分布,EPSD均值与傅里叶变换谱吻合良好,验证了EPSD估计的可靠性。研究结果可为今后非平稳风场实测分析及数值模拟提供参考。     

基于可靠性的高速列车横风安全性分析

基于可靠性理论,研究随机风作用下高速列车安全运行的可靠性和风险性。首先建立了随机风的数值模拟方法,并给出了随机风作用下非定常气动载荷的计算方法。然后建立高速列车多体系统动力学模型,计算不同随机风速作用下高速列车以不同车速运行时的失效概率及其对均值和标准差的灵敏性,推导了全局可靠性灵敏度的极值及极值点的计算公式,并给出了概率特征风速曲线。研究结果表明：随着车速和风速的增大,系统的失效概率增大;当车速固定时,失效概率对均值的灵敏度存在一个极大值,失效概率对标准差的灵敏度存在一个极大值和一个极小值。传统确定性方法得到的高速列车的安全域曲线偏于保守,基于可靠性的方法可得到更合理的安全域曲线。     

基于等效风速的风机功率波动特性分析

自然界的风随机性强,风速和风向变化频繁。风机在实际运行中,经常因风的变化和控制策略问题引起风机频繁偏航、振动超限、故障停机等一系列工程问题。通过建立包含风剪切、塔影效应及偏航误差的等效风速模型,采用Matlab进行仿真分析,与风场实际运行数据进行对比,研究风机在等效风速下功率波动特性。结果表明,等效风速各分量对机组功率特性影响差异明显。可据此进行相关控制策略的优化设计以提高风机运行稳定性和风能利用率。     

平均时距对良态风气候地区极值风速的影响研究

在风气候分析中,风速观测历史数据一般来源于各气象站的归档测量,但不同气象站采用的平均时距并不统一,这导致基于风速观测历史数据的极值风速预测过程存在平均时距的转换问题。该文对美国11座处于良态风气候地区城市气象站记录的风速连续观测数据,进行处理得到不同时距下平均风速序列,并将改进独立风暴法与极值I型分布模型相结合分析得到各重现期的风速极值,分析了平均时距对极值风速预测结果的影响。研究结果表明:在良态风气候地区,一定重现期的极值风速随平均时距的增大而减小,近似呈指数律衰减;平均时距对极值风速的影响规律基本不受极值风速重现期的影响; 1 min平均时距下的极值风速比10 min平均时距极值风速大19%左右。基于这些结果,拟合给出了良态风气候地区不同平均时距极值风速的转换关系式。     

高海拔深切峡谷桥址风场特性实测研究

结合某深切峡谷大跨度桥梁桥址区测风塔长期的风观测数据，统计分析桥址区风场的平均风特性，以风速超过8 m/s为强风标准，分析强风样本的脉动风特性。研究结果表明：深切峡谷地形对风场特征存在显著影响，风特性参数呈各向异性分布，最大风速与极大风速对应风向集中分布在峡谷轴线附近，各观测高度主风向均为SSE方向，强风攻角以负为主，风速、风攻角与风向具有显著相关性；风速垂直分布规律不再准确符合指数律模型，风剖面指数随风速增大而减小，与风向具有显著相关性，拟合风剖面指数的均值为0.09；顺风向、横风向与竖向紊流强度分别为0.17、0.12、0.27，竖向紊流强度偏高，采用线性与非线性模型均能较好地拟合紊流强度与阵风因子的关系；紊流积分尺度高于规范推荐值，随风速的增大而增大；实测功率谱与理论谱吻合程度欠佳，竖向功率谱偏高，脉动风速功率谱在惯性子区不满足各向同性假设。     

结构振动对风特性测试结果的影响研究

现场实测是获得结构所在地风特性的主要途径,因而实测数据的准确性至关重要。为了开展风特性精细化研究,重点分析了结构振动对所测数据的影响。通过实验测出相同风场内考虑和不考虑风速仪基底振动的风特性时程数据,分析对比了不同工况下获得的平均风速、紊流强度、紊流积分尺度及功率谱密度,其中基底分别输入了"韦帕"台风作用下润扬大桥主梁跨中横向振动和白噪声。结果表明,在基底输入主梁振动信号时,基底振动对实测平均风速以及紊流特性的影响程度均很小,但会导致实测紊流强度和顺风向功率谱密度略高于真实值。结论可为结构风场测试及数据分析提供参考。     

风电场有功功率控制综述

由于风电具有随机性、波动性和反调峰特性,高比例的风电并入电网会对电力系统的稳定性和安全性造成很大的冲击,因此有必要对风电场有功功率输出进行控制,减少风电功率的波动性,提高输出功率的平滑性;同时,随着装机容量的不断增加,造成大量的弃风现象,风电场的控制模式由传统的最大功率点跟踪（maximum power point tracking,MPPT）模式向限功率控制模式转变。基于弃风限电以及风电并网的控制要求这2个背景,分析了控制风电场有功功率的必要性,从单机功率控制和场站级功率控制2个层面出发,以场站级功率控制为侧重点,归纳总结了当前风电有功功率控制的研究现状,总结出不同控制方式的控制特点及不足之处,并对其研究方向进行了展望。     

台风“白鹿”影响下泉州湾近地脉动风速功率谱及其拟合参数分析

国内高速铁路网不断完善,沿海铁路海湾地形的风场特性亟待研究。基于福厦客专—泉州湾跨海大桥桥址处40 m风塔,实测获得了201911台风"白鹿"影响下的泉州湾近地风场实测数据。基于经验模态分解(EMD)技术得到了台风全过程时变平均风及相应脉动风样本,采用四参数风速功率谱模型拟合了台风纵向、横向及竖向功率谱,在此基础上对拟合参数进行了平均风速影响分析及概率密度分析。建立了38 m高度处台风演化功率谱并与同风速范围的相关规范建议风谱进行了对比。研究表明:四参数风谱模型能较好适用于实测台风风谱,各拟合参数随平均风速变化并不显著,拟合参数B随A呈指数型增长;核密度估计方法能较好拟合风谱参数的概率密度分布,拟合谱中的A参数概率密度近似对数正态分布,而B,C及α参数则与正态分布接近;测点接近7级风圈时所测脉动风湍流动能较位于风圈内时强;规范风谱并不能很好地反映"白鹿"台风引起的跨海大桥主梁高度处湍流功率谱密度(PSD)特征。     

脉动风特性及其仿真研究

在高层建筑、高耸结构和大跨度结构设计时,由于这些结构基本周期较长,风振对其设计具有较大的影响。本文通过大量现场实测脉动风记录,利用参数识别技术和优化方法,研究了脉动风速的功率谱,并与Davenport水平脉动风速谱等进行了比较;本文根据Davenport水平风速谱、西安热工所水平风速谱和本文研究的水平风速谱,利用自回归滑动平均(ARMA)模型及参数识别技术,研究了人造脉动风方法。     

西部河谷地区三水河桥址风场特性试验研究

以三水河特大桥为工程背景,通过风洞试验研究了西部河谷地区桥址处风场特性,分析了西部河谷地区不同风向来流时桥址处风剖面、湍流强度、积分尺度及脉动风功率谱变化情况。通过梯度风速相似关系,结合规范梯度风速,提出由风洞试验实测桥址处风剖面指数及梯度风高度反算桥梁设计基准风速的方法。试验结果表明:当来流与河谷走向一致时风剖面接近幂指数分布,其他风向角风剖面不能用统一的幂指数分布表示,河谷风平均风剖面指数较其他风向小,拟合得到指数为0.142;河谷内的湍流度比较大,特别是在接近边坡的位置,桥面高度跨中的湍流度大于15%;由于桥梁结构位于河谷内,平均风速在来流风速的基础上被衰减而非放大,桥址处无明显的峡谷风效应;湍流积分尺度与脉动风功率谱的变化需要考虑周围山地的影响。     

扁平钢箱梁风屏障防风效果的数值模拟研究EI北大核心CSCD

为研究扁平钢箱梁风屏障的防风效果,在验证数值模型准确性的基础上,针对扁平钢箱梁上分离障条直线型风屏障,研究了风屏障对桥面风场分布的影响,采用神经网络模型建立了风屏障风速折系数的代理模型,考查了风屏障高度与透风率的影响,给出了风速折减系数随风屏障高度和透风率变化的等值线曲线。结果表明:当风屏障高度增加到一定程度后,再增加高度对风屏障防风效果的提高有限;风速折减系数随风屏障透风率的增加,在迎风侧车道和背风侧车道位置处呈现不同的形态;在风屏障透风率大于20%,高度小于3.5 m的情况下,上游车道的风速折减系数大于下游。风屏障风速折减系数神经网络模型可用于预测和评估风屏障的防风效果,研究结果为风屏障参数的选择提供参考。     

基于六旋翼无人机搭载风速仪的典型建筑绕流实测

基于无人机搭载风速仪对边界层内典型建筑的绕流风场风特性进行了实测研究，分析了平均风速、湍流度、脉动风速功率谱等风场风特性参数。分析结果表明：基于无人机实测拟合的建筑来流剖面粗糙度指数为0.2796，处于GB 50009-2012《建筑结构荷载规范》中的C类地貌与D类地貌之间；来流处顺风向和横风向脉动风速功率谱与Karman谱较为吻合，横风向脉动风速功率谱峰值能量略高于经验谱。本次实测建筑高度为82.45 m，现场实测表明在60 m和80 m高度平面的绕流风场特性受建筑影响较为明显，受影响区域主要为建筑两侧靠近建筑的区域以及尾流中间段区域，这些区域测点的平均风速较之来流减小，顺风向和横风向湍流度较之来流增大；受建筑影响区域的顺风向和横风向脉动风速功率谱峰值具有向高频段移动的趋势；而在100 m、120 m高度的现场实测表明，这两个平面绕流风场特性受建筑影响较小。     

一种风速预测方法的探讨

风速预测对提高电网的稳定性及降低运行成本具有重要意义,但风速具有较大的波动性,导致预测精度不高.针对这种情况,利用灰色系统理论GM(1,1)模型的基本原理,依据某风电场实测数据,建立了风速预测的物理模型,对该风电场的风速进行了提前一小时预测.实验表明,其预测平均绝对百分比误差为13%,这说明基于灰色理论的风速预测模型是有效的。     

风、列车作用下斜拉桥索-梁相关振动对拉索疲劳可靠性的影响

以实际大跨度斜拉桥为研究对象,研究了随机风、列车作用下发生的索-梁相关振动对拉索疲劳可靠性的影响。使用编制的动力有限元计算程序,建立了大跨度铁路斜拉桥全桥3维精细有限元模型,计算了斜拉桥全桥在风、列车动力作用下的振动响应,分析了全桥索-梁相关振动的特性。建立了列车交通荷载概率模型,根据桥位处风速统计数据资料建立了桥梁的风荷载概率模型,对拉索的应力谱进行了计算。依据损伤理论,使用Monte-Carlo方法开展了拉索在风、列车动力作用下的疲劳可靠度分析。研究结果表明:在斜拉桥日常运营状态中,风、列车作用下索-梁相关振动不会导致拉索共振,索-梁相关振动是拉索疲劳可靠性下降的主要原因;对于拉索在长期动力荷载下的疲劳失效概率,风场作用占比很小,列车作用占比较大;各个拉索的成桥状态索力影响了列车作用下的拉索应力幅,进一步影响了斜拉桥在长期动力作用下拉索的疲劳可靠性。     

关于天气变化对电力系统不同特性负荷的影响

在电网运行过程中,天气变化对于不同特性负荷有着极为显著的影响作用,同时对于电网的安全正常运行也有着十分重要的意义,因此气象因素对于电网负荷预测的影响是非常必要的要就课题。本文我们将把气象因素和电网负荷融合在一起进行系统的分析,在探讨气象因素和电网负荷特性关系的前提下,着。重研究日常的天气变化,如温度、湿度、气压以及风速等对于电网负荷特性的影响作用,从而为进一步加强天气变化的监测,以及保障电网安全运行提供莺要保障。     

双馈变速抽蓄机组参与平抑风电功率波动研究

由于风电功率存在间歇性、波动性,大规模风电并网给电网安全稳定运行带来了挑战。为此,提出了基于双馈变速抽蓄机组的风电功率波动平抑控制策略。首先,基于DIgSILENT/PowerFactory软件,建立了双馈变速抽蓄机组发电、抽水状态下的仿真模型,验证其快速功率控制能力。其次,基于低通滤波原理,结合风电预测功率,建立双馈变速抽蓄机组在发电、抽水2种工况下参与平抑风电功率波动的控制模型。最后,通过仿真算例进行验证,结果表明：双馈变速抽蓄机组具有快速功率响应特性;在发电和抽水2种工况下,均可有效平抑风电功率波动,减小常规机组调节压力,改善地区电网稳定性。     

基于空间特性的台风风灾害评估EI北大核心CSCD

针对仅考虑强度相关单因素的风灾害评估方法不能准确表征台风风灾害程度问题,该文依据三种不同沿海基础设施抗风等级对应的风灾害指标因子公式,通过开展基于面积积分风灾害评估方法研究台风空间特性对灾害评估的重要性。网格分辨率影响风灾害评估指标因子,分辨率越高,该指标因子越高;海表温度也是风灾害评估指标因子的影响因素,海表温度越高,该指标因子越高;且分辨率约为200 m甚至500 m时可准确表征台风风灾害。研究表明:基于面积积分风灾害评估方法相较传统单因素评估方法能够更准确表征台风风灾害程度;但外围小风速对风灾害评估影响较大,SST-27、SST-28和SST-29风灾害程度最高约为65%,SST-26最高约为90%。因此,针对风速小但尺寸大和风速大但尺寸小台风风灾害评估问题,引用切入风速概念后,小风速对风灾害评估影响显著降低,SST-27、SST-28和SST-29风灾害程度最高约为13%,SST-26最高约为3%,解决了小风速区间占比过大但对结构损伤无作用问题。