本文關鍵詞：氣候變化下極值風速地域性演化及對風力發(fā)電機的影響分析

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【摘要】：作為一種典型的高聳建筑,風力發(fā)電機屬于風敏感結構,風荷載是進行風機設計和選型的關鍵指標。傳統(tǒng)上,風力發(fā)電機在氣候模式固定的前提下,利用歷史氣象觀測數據確定多年一遇極值風速及極端風載荷,并以此為基礎進行設計與選型。風力發(fā)電機的壽命長達20余年,如氣候模式在其壽命期間隨氣候變化發(fā)生改變,風速的極值分布可能會有明顯變化,這將對按固定氣候模式進行設計和選型風機的可靠性造成突出影響,亟待展開相關風險的評估。為搞清多年一遇極值風速在氣候變化條件下的地域性演化特征,選用我國風能資源開發(fā)熱點的內蒙古、華中山區(qū)和江浙沿海等地六站點1973年至2012年地面風速觀測數據,將其以1992年為界分為前后兩段展開研究。為判明風速極值分析中常用的基于廣義極值分布的年極值抽樣法和基于廣義Pareto分布的跨閾法和獨立風暴法的適用性,采用QQ圖、KS檢驗和安德森-達林檢驗等擬合優(yōu)度檢驗方法進行比較分析。經適用性檢驗指出,廣義Pareto分布能更好地刻畫所研究站點風速的極值分布,而基于獨立風暴法抽樣的數據因具有較好的極值樣本獨立同分布特性,適用性更優(yōu)于POT法抽樣樣本。針對基于廣義Pareto分布極值估計的閾值選取難題,提出基于參數估計圖比較和剩余壽命函數法相結合的方式確定閾值。針對所選站點風速數據的分析表明,該方法可有效克服單純采用剩余壽命函數法存在的閾值特征不明顯、難以直觀判斷適合閾值的缺陷,能較準確可靠地確定閾值選擇基準。為評估氣候變化所致極值風速的地域性變化特征,結合各站點前后20年風速觀測數據,利用基于廣義Pareto分布的獨立風暴法計算了對風機設計和選型有突出影響的五十年一遇和一年一遇極值風速。分析發(fā)現(xiàn)長時間尺度上氣候模式的變化不但可能引起多年一遇極值風速的明顯變化,而且這種變化有較為明顯的地域性分布特征。對五十年一遇極值風速而言,內蒙地區(qū)站點呈顯著下降趨勢,華中山區(qū)站點基本持平,而江浙沿海地區(qū)則呈現(xiàn)上升趨勢;各站點一年一遇極值風速均有明顯下降,但變化趨勢與五十年一遇極值風速有異,且沒有明顯的地域性特征。根據前一時段數據估算的五十年一遇極值風速,按IEC規(guī)程選擇風機型號后將前后兩段數據代入,計算在不同時段發(fā)生超設計風速的風險。分析表明內蒙及華中山區(qū)風機安全性有一定程度的提升,而沿海風場風力發(fā)電機組遭遇超設計風速極值大風的風險性有顯著增長。
【關鍵詞】：廣義極值分布 廣義Pareto分布 50年一遇最大風速 風機 氣候變化
【學位授予單位】：長沙理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TM315
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 緒論10-19
• 1.1 研究背景和意義10
• 1.2 國內外研究現(xiàn)狀10-17
• 1.2.1 風力發(fā)電機的風載荷10-12
• 1.2.2 長時間尺度上的氣候變化與風速變化12-15
• 1.2.3 極值理論的發(fā)展15-17
• 1.3 本文的主要工作17-19
• 第二章 極值分布模型及檢驗方法19-30
• 2.1 年極大值模型19-22
• 2.2 閾值模型22-23
• 2.3 獨立風暴模型23-24
• 2.4 擬合優(yōu)度檢驗24-28
• 2.4.1 Q-Q圖檢驗26
• 2.4.2 K-S檢驗26-27
• 2.4.3 安德森-達林檢驗27-28
• 2.4.4 卡方檢驗28
• 2.5 本章小結28-30
• 第三章 數據預處理與擬合分析30-47
• 3.1 數據來源與預處理30-32
• 3.2 日最大風速序列32-34
• 3.3 抽樣模型的對比分析34-37
• 3.4 閾值的選取37-46
• 3.4.1 圖示法38-40
• 3.4.2 計算法40-46
• 3.5 本章小結46-47
• 第四章 氣候變化下多年一遇極值風速演化與風險分析47-57
• 4.1 超閾值樣本及千分比風速47-50
• 4.1.1 超閾值樣本數據分析47-49
• 4.1.2 千分比風速49-50
• 4.2 多年一遇極值風速的地域性分析50-55
• 4.2.1 五十年一遇極值風速的地域性分析50-54
• 4.2.2 一年一遇極值風速的地域性分析54-55
• 4.3 風力機超設計風速風險分析55-56
• 4.4 本章小結56-57
• 結論與展望57-59
• 參考文獻59-64
• 致謝64-65
• 附錄A 攻讀學位期間發(fā)表的學術論文65

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