作者：康藝柔，程正順，許波峰，陳鵬，胡志強目錄研究背景浮式風機系統(tǒng)：運維是浮式風電場全生命周期成本中最重要部分之一 水動力 浮式風機空氣動力 風浪流運維成本高運維成本高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)預測可避免潛在故障發(fā)生浮式風機系統(tǒng)及其各部件的故障概率預測2024-8-17?2024-8-17?康藝柔|SJTU5研究背景5水池模型測試特點：可控環(huán)境挑戰(zhàn)：縮尺問題設(shè)備要求高數(shù)值驗證實時測試特點：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：可控環(huán)境挑戰(zhàn)：縮尺問題設(shè)備要求高數(shù)值驗證實時測試特點：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)：準確性需改進依賴先決條件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)具有進行超短期預測的可行性。風機功率預測風機功率預測浮式生產(chǎn)卸油輪的系泊張力預測浮式生產(chǎn)卸油輪的系泊張力預測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)的浮式風機動力響應(yīng)超短期預測方法帶通濾波獨立預測預測網(wǎng)絡(luò)預測網(wǎng)絡(luò)子帶1信號疊加子帶信號1子帶1預測結(jié)果訓練預測子帶2預測網(wǎng)絡(luò)訓練預測子帶2預測網(wǎng)絡(luò)全頻帶預測結(jié)果原始信號子帶信號子帶信號2子帶2預測結(jié)果 濾波 疊加訓練預測子帶n預測結(jié)果 濾波 疊加訓練預測子帶n預測結(jié)果子帶信號子帶信號n子帶n預測網(wǎng)絡(luò)訓練預測訓練預測2024-8-17?2024-8-17?康藝柔|SJTU9方法論9原始信號的頻域分解預處理：復雜頻率分量的浮動風機響應(yīng)增加了超短期預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方法論超短期預測：基于子信號LSTM網(wǎng)絡(luò)，通過疊加原理獲得全頻帶預報++2024-8-17?2024-8-17?康藝柔|SJTU目錄HywindScotland漂浮風場：自2017年開始運營，擁有五個6MW的立柱式浮式風機iiin2wavebuoyMooringlineElectricallineTurbineAnchor2024-8-17?2024-8-17?康藝柔|SJTU錨泊系統(tǒng)：基礎(chǔ)平臺通過一個三點系泊系統(tǒng)固定特性值單位水深m錨的半徑640m系泊點的吃水深度20.6m系泊纜的數(shù)量3-外壁連接點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月的實測數(shù)據(jù)，工況5為測試集，其余數(shù)據(jù)用于訓練集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)驗證：在10秒、30秒和60秒的系泊張力預報均方誤差（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測時歷結(jié)果對比：考慮頻率分解的預測精度吻合較好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測統(tǒng)計結(jié)果對比：LSTM-FD的最大預測誤差基本保持在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秒預報結(jié)果對比超前10秒預報中，1-b1系泊張力的功率譜結(jié)果兇兇時間時間(S) 2024-8-17?2024-8-17