复杂山地风速频率分布和风能密度分布研究

选用我国中部某复杂山地80 m测风塔高度处一个完整年的实测数据,结合Weibull分布、Rayleigh分布和对数正态分布3种不同风速频率分布模型计算风速频率,与实测风速频率分布对比并进行相关性分析.然后根据风速频率分布计算风能密度分布,与实测风能密度分布对比并进行误差分析。结果表明,复杂山地中Weibull分布模型对风速频率拟合性较好且计算风能密度误差较小。因此,在复杂山地风速频率分布和风能密度分布研究中,应采用Weibull分布模型。     

基于非平稳Gumbel分布模型的设计风速及抗风风险研究

随着全球气候变化,实测年最大风速序列呈现明显的非平稳性,传统的平稳分布模型在统计分析设计风速时难以得到满意的结果,为解决这一问题该文引入非平稳的极值I型(Gumbel)分布模型。在平稳分布模型中加入时间变量,采用广义极大似然估计方法(GML)进行参数估计。通过模型优劣对比,非平稳分布模型的适用性和可靠性均优于平稳分布模型。在非平稳分布模型的基础上,探讨设计风速取值及抗风风险。非平稳分布模型计算得到统计期末的设计风速小于平稳分布模型的取值约5%。非平稳分布模型给出每年抗风失效概率,解决平稳模型难以估算非平稳随机时间序列的风险问题。     

基于风电场短期测风数据50年一遇最大风速的算法探讨

针对目前国内多数风电场建设中气象站统计资料短缺,而风电场实际测风时间较短的现状,基于传统极值理论,本文从本质上探讨风电场50年一遇最大风速的算法,用Gumbell分布的极值理论肯定了独立暴风法的样本筛取方法及应用。通过风电场短期测风数据计算50年一遇最大风速,为风机选型、极限载荷的计算提供参考依据。     

城市设计暴雨频率曲线的拟合及参数优化

为提高水文频率计算的效率,以Y市中心城区连续68年的降雨资料作为基础数据,采用年最大值法和年多个样法选取样本序列,利用水文工具集部分模块功能—水文频率智能分析系统,分别以P-Ⅲ型分布线型、Gumbel型分布线型按照离差平方和最小准则(OLS)、离差绝对值和最小准则(ABS)及相对离差平方和最小准则(WLS)对样本序列进行频率分布线型的拟合。结果表明,年最大值法在离差平方和最小准则下的P-Ⅲ型分布线型适线精度最好。     

15°~35°N、105°~130°E海域台风极值风速分析

采用非对称台风风场模型,对1961~2007年进入(15°~35°N,105°~130°E)的每个热带气旋(TC)风场进行计算,得到0.5°×0.5°网格上的TC风速。使用近岸自动气象站实测资料对计算结果进行对比分析,结果表明计算风速与实测风速较吻合,计算风速基本合理。采用Poisson-Gumbel联合概率分布模型,计算每个网格TC影响下不同重现期10 m高度的极值风速;使用海上、小岛共10座测风塔14个台风影响过程的大风观测数据计算得到10~90 m切变系数为0.0791,使用该关系式将各网格点TC影响下不同重现期10 m高度的极值风速推算到90 m高度,可作为中国近海风资源开发和其他海洋工程开发及安全运行的科学依据。     

基于R/S类分析法的风速时间序列Hurst指数分析

针对风速时间序列具有确定性与随机性相结合的非线性特征,研究了R/S类分析法对不同FGN时间序列的计算精度以及不同实测风速时间序列的Hurst指数。结果表明:对于长FGN时间序列,理想Hurst指数较低时CRS分析法的结果最接近理想值,理想Hurst指数较高时Lo分析法得到的结果最精确;对于短FGN时间序列,理想Hurst指数较低时CRS分析法较精确,理想Hurst指数较高时V/S分析法的结果较精确;风速时间序列具有"1/f波动"的特点,且呈长期相关性;长风速时间序列具有长期相关性和强短期相关性;短风速时间序列具有强长期相关性,与长风速时间序列具有强短期相关性相吻合。     

上海近海海上最大风速的估算及数值模拟

基于上海近海测风塔测风数据和上海气象站历史风速资料,利用数理统计分析方法和TAPM模式模拟技术开展上海近海不同重现期最大风速的估算、数值模拟与测风塔观测的最大风速的对比验证以及上海近海最大风速的高度变化和空间分布特征研究。结果表明,上海近海10 m高度50 a和100 a一遇的最大风速分别为35.1和37.7 m/s,TAPM模式能较好地模拟出台风大风影响时近海风速的变化特征,在近海10~100 m层间风切变指数取0.08是适宜的,上海最大风速基本呈从东到西递减的分布,在沿海和长江口的海(江)岸带风速变化梯度最大。     

基于长期实测资料的风速测量相关推测方法对比

针对海上风电的风能资源评估,利用4个沿海自动气象站2003—2010年的逐时测风数据与同期MERRA再分析资料,通过6组数值试验,从平均风速、风速标准差、平均风功率密度和风力发电机组的年发电量等4个评价指标全面对比分析了8种风资源测量-相关-推测方法。结果表明:简单正交回归法、简化主轴回归法、分位数回归法、Weibull尺度拟合法和矩阵时间序列法对平均风速的推测结果更优,简单正交回归法、简化主轴回归法和Weibull尺度拟合法对风速标准差和平均风功率密度的推测结果更优,联合概率分布法对风向-风速联合频率分布和风机发电量的推测结果明显优于其他方法。参证站自身的数据质量和空间代表性对测量-相关-推测方法的表现具有潜在影响,在实际工作中应对多种测量-相关-推测方法进行集成运用和综合判断,以符合海上风电多层次、多目标的风资源评估需求。     

输电线路设计覆冰厚度统计模型取用

根据捷克斯洛伐克Studnice覆冰观测站1940--1999年的覆冰观测数据,分别采用正态分布、极值Ⅰ型Gumbel分布、极值Ⅱ型Frechet分布、极值Ⅲ型Weibull分布对该数据进行了统计分析。由科尔莫戈罗夫一斯米尔诺夫入拟合度检验结果表明,极值Ⅱ型Frechet分布能较好地拟合该地区的年最大覆冰荷载。由于微地形等因素的影响,线路覆冰厚度的统计分布随地区而异。覆冰厚度是影响冰区输电线路安全、经济的一个重要因素。可根据覆冰观测数据选择概率模型确定设计冰厚。     

基于k-means聚类的SVR短期风速预测

准确的风速预测是风力发电功率预测的重要基础。为了进一步提高风速预测精度,文章提出一种基于k-means聚类的支持向量回归机(SVR)的短期风速组合预测新方法。首先分析影响风速变化的因素,计算不同风速属性相对于风速序列的皮尔逊相关系数(PCC)值,并对其进行加权;然后采用k-means聚类方法对风速样本进行聚类;再利用SVR针对每组样本建模;最后结合实际风电场进行仿真,结果表明,该方法具有较高的准确性和可行性。     

风电场平均风速变化对利用小时数的影响研究

本文分别采用两种方法,对风电场实测数据进行处理,得到平均风速依次递增的风速数据集序列,并提出一种结合数据集Weibull分布拟合结果及风电机组功率曲线数据,计算其对应发电量的数值积分方法;然后,本文结合3个风电场的实测风速数据,采用上述数据集处理和发电量计算方法,对其不同高度处的等效利用小时数进行了计算和对比分析研究,并与现有软件计算结果进行了对比验证。研究结果表明,本文提出的发电量计算方法可靠性较高,且平均风速每增加0.1m/s,等效利用小时数大致增加50h～60h。此研究结果也可为风能资源数据不同订正方法所造成的计算利用小时数变化规律的研究提供重要依据。     

台风过境风电场的CFD数值模拟方法研究

以台风烟花过境沿海陆上风电场期间,风电场内特别是风电机组位置的风速、风向和湍流强度的微尺度分布及其随时间的变化为研究对象,基于中尺度WRF模式的模拟结果建立CFD计算域的边界条件,建立台风大气边界层风速、风向廓线参数化模型,以及考虑中尺度热带气旋和台风边界层内卷效应的风场CFD计算模型。算例结果表明,所建立的台风大气边界层风场CFD计算模型可反映台风大气涡旋在风电场微尺度范围的流动特性,风电机组轮毂点的计算风速和实测的机舱风速符合较好,表明所研究的方法可进一步应用于台风影响地区风电场内风电机组台风风险的精细化评估,开展考虑台风风险的微观选址优化等。     

风电场50年一遇安全风速计算方法的对比分析

利用耿贝尔Ⅰ型极值概率法和MeteodynWT软件(CFD模型),结合气象站与风电场的风速关系,推算了不同复杂程度的风电场轮毂高度处50年一遇的安全风速,并将计算结果进行对比分析。分析结果显示:2种方法计算得到的风电场极大风速存在一定的差别;对于平坦地区,耿贝尔Ⅰ型极值概率法计算得到的极大风速与MeteodynWT推算结果相差较小,但对于一些复杂地区,2种方法计算得到的极大风速结果相差很大。     

一种新型模块化风速预测方法

针对风电场风速随机性强、波动性明显以及预测难度高等问题,提出一种新型模块化风速预测的方法。该方法主要包含3个模块:风速属性加权模块、智能优化聚类模块及极限学习机风速预测模块。首先考虑不同气象属性对风速的影响和风速的时间波动特性,计算风速属性矩阵元素的皮尔逊系数值并进行加权;然后采用遗传-模拟退火算法优化模糊c均值聚类方法,对加权风速属性矩阵矢量进行聚类;再通过极限学习机构建各类别的风速预测模型,进行短期风速预测。最后结合美国一风电场(N39.91°,W105.29°)的实测数据对风速进行预测,通过对比仿真结果与实测数据验证该文方法的正确性和有效性,结果表明该方法具有较高的预测精度。     

对福建省陆地风能资源的评估

对我国福建省福州和厦门2座城市进行了风能开发潜力的评估.基于对该地区近15年的日平均风速的统计分析,计算了各月的风能密度,拟合出了Weibull分布密度函数的特征参数.用Weibull分布密度函数预测了各月的风能密度.并与实测值进行了对比及相关性分析,结果证明了Weibull函数对实测数据有很好的拟合性,同时也表明福建省陆地风力资源的不足,对该地区风力资源的调查重点应放在沿海滩涂及浅海.     

基于Copula函数的西南岩溶流域多变量洪水频率分析

基于西南岩溶区澄碧河流域平塘水文站年最大场次洪水数据,利用Copula函数建立多维洪水变量的联合分布并计算联合、同现重现期。结果表明,Frank Copula对洪峰—洪量二维联合分布的拟合效果最优(R_(RMSE)=0.041 1,A_(AIC)=-56.2),Gumbel Copula对洪峰—历时二维联合分布的拟合效果最优(R_(RMSE)=0.0482,A_(AIC)=-53.3),Gaussian Copula对洪量—历时二维联合分布的拟合效果最优(R_(RMSE)=0.046 0,A_(AIC)=-54.2),Gumbel Copula对洪峰—洪量—历时的三维联合分布拟合效果最优(R_(RMSE)=0.049 2,A_(AIC)=-53.0);洪水单变量重现期大于多变量联合重现期(如T=100 a,相应的T_(aqw)=52.3 a、T_(aqt)=79.9 a、T_(awt)=60.6 a和T_(aqwt)=35.7 a),小于多变量同现重现期(如T=100a,相应的T_(oqw)=980.2 a、T_(oqt)=130.1 a、T_(owt)=267.4 a和T_(oqwt)=260.3 a)。研究结果可为岩溶区流域工程防洪安全评价提供新的选择。     

风速时间序列非线性特征分析

针对时间序列风速确定性与随机性相结合的复杂非线性特征,基于相空间重构理论和最大Lyapunov指数对其进行混沌与分形特征分析。首先,以经典Lorenz混沌系统及非混沌完全随机白噪声时间序列为验证算例,通过相空间重构和最大Lyapunov指数法判断以上2种非线性时间序列的混沌特征,分别从定性和定量的角度验证了所提方法的可行性;其次,对美国风能研究中心实测风速数据进行相空间重构,计算其最大Lyapunov指数并估算其可预测时间,最后采用G-P算法分析了实测风速时间序列的饱和关联维数。结果表明:相空间重构理论及最大Lyapunov指数法均可作为判断混沌特征的重要方法,时间序列风速具有明显的混沌分形特征及短期可预测性。     

基于优化近邻传播聚类的CMN风速预测

提出一种基于快速相关性约简和近邻传播聚类的卷积记忆网络短期风速预测模型。计算各风速序列及其属性序列的相关程度信息熵,运用快速相关性滤波算法进行属性约简,以降低属性维度及删除冗余属性;针对风速属性矩阵样本,采用压缩-激励模块（squeeze-and-excitation networks,SENet）构建属性表征序列,以该序列间距为样本相似度,利用近邻传播聚类实现样本集优选重构;构建卷积记忆网络,利用其挖掘深层特征及短期预测。通过对实际风场风速进行预测,对比实测数据,结果表明,该方法在风速属性数据的优选方面具有较大优势,通过保留关联紧密的属性信息,提高了预测精度。     

热带气旋对风力发电的影响分析

通过对我国历史台风资料和对登陆热带气旋的梯度塔观测数据的计算分析,探讨登陆热带气旋对我国风力发电的影响,分析结果发现,在登陆我国的热带气旋中,有55．5%的个例可为风力发电带来良好效益,但也有3成的登陆热带气旋将对风电场造成破坏；登陆台风中心附近地层的湍流强度可异常增大达0．6～0．9,并且在40～60m高度的湍流强度比10m的大0．2左右。强烈的湍流扰动可能是导致风力机断裂损坏的主要原因,因此对于受台风影响地区的风电场,风力机的抗风设计还需针对这一天气特征进一步研究。     

基于小波变换和LS-SVM的短期风速预测方法

针对风速序列的周期性和非平稳性,提出了基于小波变换和LS-SVM相结合的风电场风速预测模型,利用小波变换的多分辩分析法对风速序列进行分解,将风速序列投影到不同尺度上.结合LS-SVM的小样本学习能力强和计算简单等特点,将小波分解后的各风速子序列分别采用LS-SVM进行训练和预测,最后将各预测结果进行叠加得到最终的风速预测值.与LS-SVM风速预测方法进行比较,采用该文提出的方法可明显提高短期风速预测的精度,并具有较强的适应性,具有一定的工程应用前景.最后通过具体实例验证了该模型的有效性.