2024中國可再生能源大會：融合數(shù)據(jù)驅(qū)動與頻率分解的浮式風(fēng)機(jī)系泊張力超短期預(yù)測實(shí)測應(yīng)用

作者：康藝柔，程正順，許波峰，陳鵬，胡志強(qiáng)目錄研究背景浮式風(fēng)機(jī)系統(tǒng)：運(yùn)維是浮式風(fēng)電場全生命周期成本中最重要部分之一 水動力 浮式風(fēng)機(jī)空氣動力 風(fēng)浪流運(yùn)維成本高運(yùn)維成本高Source:/wind-farm-costs/332024-8-17?2024-8-17?康藝柔|SJTU4研究背景4高故障率和短間隔：超短期(Ultra-Short-Term<5分鐘)預(yù)測可避免潛在故障發(fā)生浮式風(fēng)機(jī)系統(tǒng)及其各部件的故障概率預(yù)測2024-8-17?2024-8-17?康藝柔|SJTU5研究背景5水池模型測試特點(diǎn)：可控環(huán)境挑戰(zhàn)：縮尺問題設(shè)備要求高數(shù)值驗(yàn)證實(shí)時(shí)測試特點(diǎn)：可靠數(shù)據(jù)挑戰(zhàn)：有限的公開數(shù)據(jù)水池模型測試特點(diǎn)：可控環(huán)境挑戰(zhàn)：縮尺問題設(shè)備要求高數(shù)值驗(yàn)證實(shí)時(shí)測試特點(diǎn)：可靠數(shù)據(jù)挑戰(zhàn)：有限的公開數(shù)據(jù)存在不確定性數(shù)值模擬數(shù)值模擬挑戰(zhàn)：準(zhǔn)確性需改進(jìn)依賴先決條件2024-8-17?2024-8-17?康藝柔|SJTU6研究背景6AI應(yīng)用：長短期記憶（LongShort-TermMemory，LSTM）網(wǎng)絡(luò)具有進(jìn)行超短期預(yù)測的可行性。風(fēng)機(jī)功率預(yù)測風(fēng)機(jī)功率預(yù)測浮式生產(chǎn)卸油輪的系泊張力預(yù)測浮式生產(chǎn)卸油輪的系泊張力預(yù)測2024-8-17?康藝柔|SJTU2024-8-17?康藝柔|SJTU目錄8方法論8LSTM-FD：基于頻率分解（FD）和LSTM網(wǎng)絡(luò)的浮式風(fēng)機(jī)動力響應(yīng)超短期預(yù)測方法帶通濾波獨(dú)立預(yù)測預(yù)測網(wǎng)絡(luò)預(yù)測網(wǎng)絡(luò)子帶1信號疊加子帶信號1子帶1預(yù)測結(jié)果訓(xùn)練預(yù)測子帶2預(yù)測網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練預(yù)測子帶2預(yù)測網(wǎng)絡(luò)全頻帶預(yù)測結(jié)果原始信號子帶信號子帶信號2子帶2預(yù)測結(jié)果 濾波 疊加訓(xùn)練預(yù)測子帶n預(yù)測結(jié)果 濾波 疊加訓(xùn)練預(yù)測子帶n預(yù)測結(jié)果子帶信號子帶信號n子帶n預(yù)測網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練預(yù)測訓(xùn)練預(yù)測2024-8-17?2024-8-17?康藝柔|SJTU9方法論9原始信號的頻域分解預(yù)處理：復(fù)雜頻率分量的浮動風(fēng)機(jī)響應(yīng)增加了超短期預(yù)測的難度原始信號的頻域分解系泊張力的功率譜密度分析系泊張力的功率譜密度分析2024-8-17?2024-8-17?康藝柔|SJTU方法論編-解碼器LSTM網(wǎng)絡(luò)：更靈活性、泛化能力更好，有效處理長序列并捕捉時(shí)間依賴性移動窗口移動窗口編-編-解碼器LSTM網(wǎng)絡(luò)2024-8-17?2024-8-17?康藝柔|SJTU方法論超短期預(yù)測：基于子信號LSTM網(wǎng)絡(luò)，通過疊加原理獲得全頻帶預(yù)報(bào)++2024-8-17?2024-8-17?康藝柔|SJTU目錄HywindScotland漂浮風(fēng)場：自2017年開始運(yùn)營，擁有五個(gè)6MW的立柱式浮式風(fēng)機(jī)iiin2wavebuoyMooringlineElectricallineTurbineAnchor2024-8-17?2024-8-17?康藝柔|SJTU錨泊系統(tǒng)：基礎(chǔ)平臺通過一個(gè)三點(diǎn)系泊系統(tǒng)固定特性值單位水深m錨的半徑640m系泊點(diǎn)的吃水深度20.6m系泊纜的數(shù)量3-外壁連接點(diǎn)0.8m分段名稱（從上到下）錨鏈-分段長度609.7m直徑楊氏模量5394143624分段干重348.5432.2kg/m分段濕重3.40303.8707系泊系統(tǒng)的具體參數(shù)Line3,bridle2Linebridle2Line3,bridle1Linebridle2Line3,bridle1Linebridle1Line2,bridle2NorthLinebridle1Line2,bridle2BridleupperendBridles------""FloaterBridleupperendBridles------""Floater/Mainline2024-8-17?2024-8-17?康藝柔|SJTU案例分析：2018年1月至7月的實(shí)測數(shù)據(jù)，工況5為測試集，其余數(shù)據(jù)用于訓(xùn)練集Hsθwaveθwindms1234567892024-8-17?2024-8-17?康藝柔|SJTU系泊張力分析：Line1-b1和Line3-b2的實(shí)際測量值低于590kN廣泛的分布范圍并存在較多離群值原始測試數(shù)據(jù)乙由縱蕩引起由縱蕩引起頻率(Hz)2024-8-17?2024-8-17?康藝柔|SJTU目錄結(jié)果和討論網(wǎng)絡(luò)驗(yàn)證：在10秒、30秒和60秒的系泊張力預(yù)報(bào)均方誤差（MSE）平均絕對誤差（MAE）2024-8-17?2024-8-17?康藝柔|SJTU結(jié)果和討論是否考慮頻率分解的預(yù)測時(shí)歷結(jié)果對比：考慮頻率分解的預(yù)測精度吻合較好2024-8-17?康藝柔|SJTU2024-8-17?康藝柔|SJTU20結(jié)果和討論20是否考慮頻率分解的預(yù)測統(tǒng)計(jì)結(jié)果對比：LSTM-FD的最大預(yù)測誤差基本保持在5%以內(nèi)有FD(~3%)無FD(~15%)有FD(~5%)有FD(~3%)有FD(~3%)2024-8-17?康藝柔|SJTU2024-8-17?康藝柔|SJTU21結(jié)果和討論21LSTM-FD：在低頻范圍內(nèi)預(yù)測結(jié)果表現(xiàn)良好，在功率譜密度（PSD）分析中表現(xiàn)更佳不同區(qū)間內(nèi)，超前10秒預(yù)報(bào)結(jié)果對比超前10秒預(yù)報(bào)中，1-b1系泊張力的功率譜結(jié)果兇兇時(shí)間時(shí)間(S) 2024-8-17?2024-8-17