基于极值理论的风电机组极端载荷分析

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1、万方数据华北电力大学硕士学位论文对风电机组及其零部件的可靠性产生越来越大的影响，这些不确定因素都有可能导致过载的发生，如何有效的预测极端载荷以保证风电机组的安全运行具有重大意义。同时，风电机组是由多个子系统共同组成的一个复杂非线性系统，各子系统之间相互耦合作用，独立子系统的仿真不能直观反应整个系统的动态特性。而且，在实际运行中存在多种工作状态以及各工作状态之间的切换，需要根据外部条件(如风况、电网)分析风电机组的载荷。用B1aded软件实现全工况运行模拟可以实现风电机组的模拟运行，在模拟运行状态下优

2、化控制，计算载荷，从而达到设计与控制的最优化，为学习和研究带来方便，同时也可以节省成本。极值理论在其他领域已经口趋成熟，具有很高的可信度，将其用于估计风电机组极端载荷可以更好的进行风电机组的设计，使风电机组同时具有较好的经济性和安全性；分析不同控制策略对极端载荷的影响可以在为风电机组参数设计提供依据的同时更好的确定较优的控制以保证风电机组的安全运行，防止由过载造成的整个风电机组的损坏，对风电机组的安全运行具有重要意义。1．2国内外研究现状极值理论是次序统计学的一个分支，常用来分析概率罕见而一旦发生就

3、会危及财产安全和生命安全的情况，如百年一遇的地震、洪水等；在社会环境中也常常用到极值理论，例如风险管理和可靠性研究等。随着社会的发展，人类为了更好的避免灾难性事件的发生，开始研究与生活息息相关的异常事件。极值分析包括两种建模方法：最大值模型和基于广义Pareto分布(G∞eralizedParetoDis证bution)的POT(Peaksovern鹏shold)模型。最大值法是取每个区组的最大值进行建模的方法，PoT法是针对超过某一阈值的数据进行建模的方法【2，3J。1．2．1国外发展现状在30年

4、代初期，国外有学者开始研究极值理论，Fisher和Tippett证明了一个重要定理，极值分布有三大类型，这为极值理论的发展打下了基础。随后在对极值理论的进一步研究中，Gnedellko对三大定理进行了严格的证明，并且说明了三类极限分布存在的充要条件。在极值理论的应用上做出最大贡献的是瑞典物理学家W．weibull，他最先强调了极值概念在材料强度判断中的重要性。E．J．Gumbel首先提出应该将极值理论应用于某些异常观测值的统计分布，他的著作系统地归纳了一维极值理论，研究的重点是最大值、最小值的分布。

5、研究结果表明：极值分布(ExtremevalueDistrib而on)可以很好的描述最大值和最小值的分布，即可以用Frechet分布、Gllr】曲e1分布和ReverseWeibull分布对此类随机变量进行拟合研究。此后，JeIlI(illson在风险研究中应用极值理论，研究了广义极值分布(GEV，Generalized2万方数据华北电力大学硕士学位论文Ex№neValueDis仃ib矾on)模型，一维极值分布模型也更加完善。在20世纪80年代，Pickands对经典极限定理进行了论证，有助于以后的

6、学者们完善建模。文献[10】主要研究独立同分布随机变量，也是第一个提出了多元极值分布。对于极值模型来说，最重要的工作是极值分布参数的估计，而对于POT模型来说，则又多了一个工作，即阈值的选取。Enlbrechts应用模拟法，使用4i同形式下的极值指数，对比分析不同阈值所取得的模型形状，选取合适的参数。D．J．Dupuis则从极值模型的参数稳定性来确定阈值。VBrIazauska等人提出了一种新的稳健估计用于广义Pareto分布的极值，以及分布的检验方法⋯01。由于在各个行业有关极大(小)值的研究越来

7、越引起人们的重视，近20年来一元极值问题和多元极值问题出现了一些新的统计研究方法，而且极值理论也在不断的被各个领域所重视，包括：合金强度的预测、地震的热力研究、气象变化的评估、风力发电等。在风力发电领域常常将经典极值理论的分布函数及其变化形式用于POT模型。M觚uel等人提出了基于不确定性分析的概率统计方法和参数模型，指出长期的载荷外推技术由风速和湍流水平的联合分布决定。Fit删ater和Winterstein确定了基于上述外推法所使用的依赖于数据类型的统计的不确定性。Bi盯1)ooms应用概率统计

8、的方法确定由极端阵风造成的极端桨距响应，提出了更准确描述极端载荷的方法，以建立更可靠的风电机组。Ronold和Larsen，以及Madsen等人做了后续研究，结果显示，这些技术可以用于极限荷载外推法，发现极端值的统计更接近于GuI】nbel分布，而不是通常用于疲劳载荷的W甜湖1分布模型。LeRoy等人提出了一种在风电机组正常运行或者停机工况下从短期极端值得到长期极端载荷分布的方澍11J41。文献[15】以模拟数据为例，系统的讨论了最大值法和POT法需要的模拟时间和模拟