水規(guī)總院高工劉霄：基于粒計算理論的風(fēng)能資源評估

　　2020年10月14日-16日，2020北京國際風(fēng)能大會暨展覽會（CWP 2020）在北京新國展隆重召開。作為全球風(fēng)電行業(yè)年度最大的盛會之一，這場由百余名演講嘉賓和數(shù)千名國內(nèi)外參會代表共同參與的風(fēng)能盛會，再次登陸北京，本屆大會以“引領(lǐng)綠色復(fù)蘇，構(gòu)筑更好未來”為主題，聚焦中國能源革命的未來。能見App全程直播本次大會。

　　大會開幕式上，來自全球400余家風(fēng)能企業(yè)的代表一致通過并聯(lián)合發(fā)布了《風(fēng)能北京宣言》。水電水利規(guī)劃設(shè)計總院高級工程師劉霄作為代表發(fā)言。

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　　以下為發(fā)言實錄：

　　劉霄：尊敬各位領(lǐng)導(dǎo)各位專家各位同仁大家下午好，非常榮幸能夠有這個機會能夠跟大家一起分享一下對于風(fēng)資源專業(yè)的一些思考，前面是風(fēng)資源專業(yè)的楷模宋總的安排，是做一個關(guān)于風(fēng)資源技術(shù)方面的一個匯報，然后關(guān)于這個今天匯報的內(nèi)容，其實是博士階段做的一些成果，然后翻箱倒柜好幾年前拿出來的，在過程中的幾年又對這個成果有了一些新的理解，今天一并做一下分享，題目基于粒計算理論的風(fēng)能資源評估關(guān)注的是風(fēng)資源的不確定性。

　　恢復(fù)內(nèi)容三個方面，先說一個引言，這個從水電水利規(guī)劃設(shè)計總院，左邊看不太到，1950年成立，至今70年了，國家能源局設(shè)立的首批能源研究咨詢基地之一，下面挖了一大堆的各種這樣的國家的科研的中心，跟咱們風(fēng)資源專業(yè)相關(guān)的主要是兩個，職能一個標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)，標(biāo)準(zhǔn)的編制和規(guī)口管理，這個就是更多的指可研，初步設(shè)計的一個審查，然后在這兩項職能和業(yè)務(wù)進行過程中，我做了統(tǒng)一，有幾個比較有趣的一些數(shù)字，第一個就是2020年1到10月總共審查67個項目，這67個項目，干該21個省市區(qū)和22家設(shè)計院，我作為資源風(fēng)能專業(yè)審查，做了一下簡單的統(tǒng)計，67個項目當(dāng)中，18個陸上風(fēng)電場，復(fù)雜地形29，簡單地形19，右邊的餅圖有點意思，9個個沒有測風(fēng)塔，不滿足要求的占比是50%左右，這個占比是一個非常高的一個占比，然后因此帶來的不確定性相對比較高的。在我們當(dāng)前的這些報告的編制過程中，主要采用的方法是一個綜合折減系數(shù)的方法，66到79之間，66比較特殊，是一個西藏的一個項目，其中對于這個風(fēng)資源部確定單項折減取值0%到8%，平均值3.1%，評估風(fēng)資源部確定辦法有兩個問題，一個這個方法并不完備，我們所有的風(fēng)速都是一個精確的數(shù)值。觀測值不一定是三米每秒，波動區(qū)間，因為各種各樣的因素，第二個方法相對來說簡單粗暴，然后也沒有利用這個風(fēng)速不確定性信息。

　　然后基于這兩個問題，我也是做了一些思考，提了出來引入了一個力計算的理論，然后做了嘗試，先介紹三個概念一個是力，一個是力的層次，一個是力的結(jié)構(gòu)，舉一個例子，這個是一個中國地圖，我們比方說要分析全國范圍內(nèi)的一個問題，舉個例子，我們?nèi)司杖雴栴}，我可以全中國范圍來分析一次，也可以以省份比方說新疆來分析新疆自治區(qū)的一個人均收入，同樣可以以某一個市來分析這個人均收入問題，那么我們以某一個區(qū)域來分析問題的時候，這個區(qū)域就是一個粒，我把整個中國分為全國省份和市，這是三個粒的層次，這三個粒的層次有互相組合，這就是粒的結(jié)構(gòu)，舉一個例子比較容易理解一些。

　　分析問題的時候?qū)φ麄€中國的人均收入問題，通過不同的這種維度不同粒的大小，來分析同一個問題，粒計算思想以這些粒為基本單位進行計算，然后介紹一下引入粒計算理論的必要性，風(fēng)速的典型特征，這里簡單介紹一下，視角兩個圖，縱坐標(biāo)看不到，橫坐標(biāo)就是時間，縱坐標(biāo)是風(fēng)速，大家平時接觸過程中經(jīng)常，在頻率分析上的視角。這個風(fēng)速是具有兩個這樣的視角。然后引入粒計算的可行性。

　　風(fēng)速，一個52000多個，10分鐘的數(shù)據(jù)，這個是風(fēng)速劃分若干子級，可分辨性和不相似性，客觀存在的，引入力計算的可行性的基礎(chǔ)。然后提了這樣的框架，基于力計算分析，分為應(yīng)該是4個步驟，上面這四個塊，1234，粒結(jié)構(gòu)建立，第二粒的劃分，我們的目的評估風(fēng)資源的不確定度。提出來一個框架。

　　下面詳細介紹一下引入粒計算的嘗試，首先在時域上，有幾個任務(wù)，一個是粒的層次劃分，一個是粒度的計算，粒的劃分，粒的層次上做了一個建立，大家來嘗試的話可能有不一樣的結(jié)果，對于測風(fēng)塔數(shù)據(jù)分為三層粒，頂層考慮隨機性和模糊性，模糊性是風(fēng)速只有一個觀測值，之間的模糊性，然后中間層就是我只考慮觀測模糊性，底層我什么不確定性都不考慮，這個就是我們常規(guī)種的方法，就是認為它三點每米美妙，精確數(shù)字。構(gòu)成頂層粒，這個是底層粒，這個在IEC的標(biāo)準(zhǔn)當(dāng)中對于我風(fēng)速儀的不確定度是有相應(yīng)的一些公式，從這些公式，得到頂層中間層和底層，三個力度，底層中間層，底層的力度就是0.1米每秒。然后力度的劃分，我采用的是用遺傳算法優(yōu)化，頻率的視角上時間尺度尋優(yōu)，規(guī)范上面有這樣的思想在引入，比方說我們作求一個相關(guān)的時候，可以球逐分鐘相關(guān)，逐十分鐘，相關(guān)，逐日相關(guān)，逐巡相關(guān)，逐月相關(guān)，十分鐘尋月日。采用交叉小波變換，小波互相關(guān)系數(shù)，交叉驗證為工具，這個峰值選取原則是這個公式，取得峰值同時比前面都要高的峰值的時候，作為時間的一個尺度的作為力度，劃分就是連續(xù)的劃分就行。

　　然后力的表達，前面我們做了力的選擇和劃分之后，我們把不確定度引入進來，我們把每一個力，風(fēng)速子級，里面若干個風(fēng)速，幾十上百個，這三個作為一個數(shù)字概念這個粒的數(shù)字概念特征用這三個數(shù)字概念本來反映的是不確定度，商是不確定度，超熵是不確定度的不確定度，最后粒的計算就是常規(guī)的方法也行，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，這些新的方法，也都是可以的。

　　然后前面說的可能比較抽象，這里說一個實際做的一個過程，先是時間序列數(shù)據(jù)，這是我們搜集到的，比方說8760個個小時的時間數(shù)據(jù)，然后從兩個視角上分別建立力的層次，測風(fēng)塔數(shù)據(jù)三個力的層次，求取每個層次力度再進行劃分，得到若干個粒，期望傷和超熵，再對若干個粒進行計算，不再對平均風(fēng)速相加除以我的數(shù)量，不這么求平均風(fēng)速，對粒求平均風(fēng)速的概念。

　　我們這么做的目的就是評估它的不確定度，在整個分析計算的流程當(dāng)中，前面粒結(jié)構(gòu)建立，劃分表達，最后做風(fēng)速粒的計算的時候，這個不確定度在最開始的時候就引入了，然后再做計算的過程中，不管是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，都可以把不確定度在當(dāng)中進行傳遞，最后的結(jié)果，這個結(jié)果類型，一個平均風(fēng)速，求出來一個期望值和風(fēng)速的不確定度，這個思想引入到我們風(fēng)資源評估中最大的一個好處跟有用的地方。

　　時間關(guān)系，這里舉了一個工程實例的驗證，這個工程三座測風(fēng)塔，常年代訂正，我的重構(gòu)的方法，就是我的粒計算多個層次多個視角，做完之后的重構(gòu)方法，從兩個指標(biāo)來看，都是評價指標(biāo)上來看，優(yōu)于現(xiàn)有的方法，同時我的這個方法輸出是包括風(fēng)速的不確定度，這一步驟做完之后，這個平均風(fēng)速的不確定度，6米每秒，做了垂直外推，同一個風(fēng)電場，有更多評價的參數(shù)，總體上來看也是各個評價參數(shù)是優(yōu)于現(xiàn)有的一個方法，現(xiàn)有方法比較簡單，直接是風(fēng)切變指數(shù)法，同樣可以輸出這一步之后的，風(fēng)速不確定度，正負0.12米每秒，在評估最開始的時候，就認為它3.0米每秒，不是一個精確值，而通過一個系列的力結(jié)構(gòu)力層次力的表達，劃分之后，把這一個風(fēng)速劃分為子級子級之后用這些粒進行計算，天然的最開始之初就引入了不確定度的概念，所有的不確定度在握整個風(fēng)資源評估的過程中來進行一個傳遞最后的結(jié)果也就是我有一個平均風(fēng)速和一個風(fēng)速的不確定度。

　　以上是我的匯報內(nèi)容，非常感謝。

　?。ǜ鶕?jù)速記整理，未經(jīng)本人審核）