摘要:为实现对风机叶片结冰状态的精准预测,保障风力发电系统的安全与稳定运行,针对风机叶片结冰预测中存在的特征提取不足、多维传感器分布信息不明确,以及小样本学习中类别不平衡的问题,本文提出一种基于残差图注意力与时空双向序列孪生网络(residual graph attention network bidirectional LSTM siamese network,ResGAT-BiLSTM-SN)的风机叶片结冰预测方法。首先,通过数据清洗、滑动窗口采样和特征工程,对监控与数据采集系统(supervisory control and data acquisition,SCADA)的数据进行处理,构建适用于不同小样本学习任务的风机叶片结冰数据集。其次,基于19个关键变量,通过互信息(mutual information,MI)和权重矩阵构建一个非完全连接的无向图,用以反映传感器数据的空间分布与相关性。最后,结合图注意力网络(graphical attention network,GAT)和双向长短时记忆网络(bidirectional long short-term memory networks,BiLSTM)对SCADA数据进行时空特征提取,构建ResGAT-BiLSTM-SN模型对所构造的风机叶片结冰数据集进行未来24 h的结冰预测。选用2017年工业大数据创新竞赛平台中15号和21号风力机数据进行仿真,验证实验结果表明,在3种小样本学习场景下,ResGAT-BiLSTM-SN模型的F1分数均达到0.9以上,显著优于其他对比模型。相较于GAT-BiLSTM-SN模型,ResGAT-BiLSTM-SN模型在预测性能上有明显提升,验证了本文所提预测模型的有效性与优越性。