气候变化下极值风速地域性演化及对风力发电机的影响分析

发布时间：2017-07-31 13:17

  本文关键词：气候变化下极值风速地域性演化及对风力发电机的影响分析

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【摘要】：作为一种典型的高耸建筑,风力发电机属于风敏感结构,风荷载是进行风机设计和选型的关键指标。传统上,风力发电机在气候模式固定的前提下,利用历史气象观测数据确定多年一遇极值风速及极端风载荷,并以此为基础进行设计与选型。风力发电机的寿命长达20余年,如气候模式在其寿命期间随气候变化发生改变,风速的极值分布可能会有明显变化,这将对按固定气候模式进行设计和选型风机的可靠性造成突出影响,亟待展开相关风险的评估。为搞清多年一遇极值风速在气候变化条件下的地域性演化特征,选用我国风能资源开发热点的内蒙古、华中山区和江浙沿海等地六站点1973年至2012年地面风速观测数据,将其以1992年为界分为前后两段展开研究。为判明风速极值分析中常用的基于广义极值分布的年极值抽样法和基于广义Pareto分布的跨阈法和独立风暴法的适用性,采用QQ图、KS检验和安德森-达林检验等拟合优度检验方法进行比较分析。经适用性检验指出,广义Pareto分布能更好地刻画所研究站点风速的极值分布,而基于独立风暴法抽样的数据因具有较好的极值样本独立同分布特性,适用性更优于POT法抽样样本。针对基于广义Pareto分布极值估计的阈值选取难题,提出基于参数估计图比较和剩余寿命函数法相结合的方式确定阈值。针对所选站点风速数据的分析表明,该方法可有效克服单纯采用剩余寿命函数法存在的阈值特征不明显、难以直观判断适合阈值的缺陷,能较准确可靠地确定阈值选择基准。为评估气候变化所致极值风速的地域性变化特征,结合各站点前后20年风速观测数据,利用基于广义Pareto分布的独立风暴法计算了对风机设计和选型有突出影响的五十年一遇和一年一遇极值风速。分析发现长时间尺度上气候模式的变化不但可能引起多年一遇极值风速的明显变化,而且这种变化有较为明显的地域性分布特征。对五十年一遇极值风速而言,内蒙地区站点呈显著下降趋势,华中山区站点基本持平,而江浙沿海地区则呈现上升趋势;各站点一年一遇极值风速均有明显下降,但变化趋势与五十年一遇极值风速有异,且没有明显的地域性特征。根据前一时段数据估算的五十年一遇极值风速,按IEC规程选择风机型号后将前后两段数据代入,计算在不同时段发生超设计风速的风险。分析表明内蒙及华中山区风机安全性有一定程度的提升,而沿海风场风力发电机组遭遇超设计风速极值大风的风险性有显著增长。
【关键词】：广义极值分布 广义Pareto分布 50年一遇最大风速 风机 气候变化
【学位授予单位】：长沙理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM315
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-19
• 1.1 研究背景和意义10
• 1.2 国内外研究现状10-17
• 1.2.1 风力发电机的风载荷10-12
• 1.2.2 长时间尺度上的气候变化与风速变化12-15
• 1.2.3 极值理论的发展15-17
• 1.3 本文的主要工作17-19
• 第二章 极值分布模型及检验方法19-30
• 2.1 年极大值模型19-22
• 2.2 阈值模型22-23
• 2.3 独立风暴模型23-24
• 2.4 拟合优度检验24-28
• 2.4.1 Q-Q图检验26
• 2.4.2 K-S检验26-27
• 2.4.3 安德森-达林检验27-28
• 2.4.4 卡方检验28
• 2.5 本章小结28-30
• 第三章 数据预处理与拟合分析30-47
• 3.1 数据来源与预处理30-32
• 3.2 日最大风速序列32-34
• 3.3 抽样模型的对比分析34-37
• 3.4 阈值的选取37-46
• 3.4.1 图示法38-40
• 3.4.2 计算法40-46
• 3.5 本章小结46-47
• 第四章 气候变化下多年一遇极值风速演化与风险分析47-57
• 4.1 超阈值样本及千分比风速47-50
• 4.1.1 超阈值样本数据分析47-49
• 4.1.2 千分比风速49-50
• 4.2 多年一遇极值风速的地域性分析50-55
• 4.2.1 五十年一遇极值风速的地域性分析50-54
• 4.2.2 一年一遇极值风速的地域性分析54-55
• 4.3 风力机超设计风速风险分析55-56
• 4.4 本章小结56-57
• 结论与展望57-59
• 参考文献59-64
• 致谢64-65
• 附录A 攻读学位期间发表的学术论文65

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本文编号：599335