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马林涛1, 汪致君2, 韦骏1
1.中山大学大气科学学院, 南方海洋科学与工程广东省实验室(珠海), 广东 珠海 519082;
2.珠海科技学院, 广东 珠海 519041
MA Lintao1, WANG Zhijun2, WEI Jun1
1. School of Atmospheric Sciences, Sun Yat-sen University, Southern Marine Science and Engineering Guangdong Laboratory (Zhuhai), Zhuhai 519082, China;
2. Zhuhai College of Science and Technology, Zhuhai 519041, China
摘要: 香港位于西北太平洋台风多发区, 极端风速事件频发, 对海上风电建设与电网稳定性构成严重挑战。然而, 由于极端风速在观测数据中相对稀少, 样本分布高度不平衡, 传统的数据驱动方法往往难以准确预测此类事件。针对这一问题, 本文提出了一种基于合成少数类过采样技术(synthetic minority over-sampling technique, SMOTE)与长短期记忆网络(long short-term memory, LSTM)的超短期极端风速预测方法。首先利用SMOTE生成一定数量的极端风速样本, 从而缓解数据不平衡问题, 提升模型对稀有事件的敏感性。随后, 结合历史风速, 构建LSTM模型以捕捉时间序列的依赖关系和非线性特征。实验结果表明, 与传统LSTM模型相比, 在超短期极端风速事件预测中, 所提出的SMOTE-LSTM方法在回归任务的精度以及分类任务的综合性能均有显著提升。当极端风速样本扩增至总体的10%时, 模型表现最佳:整体均方根误差(root mean square error, RMSE)从 1.58m·s-1 降至 1.55m·s-1 ;平均绝对误差(mean absolute error, MAE)由1.05m·s-1降低至0.99m·s-1 ;F1分数由0.61提升至0.78。在20~24m·s-1的极端风速区间, 改进模型的MAE由2.29m·s-1降低至1.52m·s-1。该方法为南海及其他台风多发地区的海上风电系统在极端天气下的可靠运行提供了可行途径。