基于運(yùn)行數(shù)據(jù)的風(fēng)力發(fā)電設(shè)備可靠性分析方法和評(píng)估技術(shù)的研究.pdf

1、并網(wǎng)風(fēng)力發(fā)電是當(dāng)前技術(shù)開發(fā)最成熟且有良好發(fā)展前景的可再生清潔能源生產(chǎn)形式之一。近年我國(guó)的風(fēng)能利用產(chǎn)業(yè)取得了長(zhǎng)足進(jìn)步，風(fēng)電裝機(jī)容量已處于世界領(lǐng)先地位。然而，作為跨越式發(fā)展形成的新興能源產(chǎn)業(yè)，風(fēng)力發(fā)電仍面臨許多亟待解決的技術(shù)問題，其中風(fēng)力發(fā)電裝備的可靠性和安全運(yùn)行問題尤為突出。大量現(xiàn)役機(jī)組的構(gòu)成情況復(fù)雜，設(shè)備故障和可靠性問題頻發(fā)。究其原因:一方面，為滿足產(chǎn)業(yè)發(fā)展初期對(duì)裝備的迫切需要，我國(guó)現(xiàn)有多數(shù)機(jī)組的設(shè)計(jì)、定型等研制周期均很短，難以獲得完整

2、的設(shè)備可靠性基礎(chǔ)試驗(yàn)數(shù)據(jù)支持;而另一方面，迄今針對(duì)在運(yùn)風(fēng)電設(shè)備的整機(jī)可靠性研究嚴(yán)重欠缺。近十年來，投運(yùn)的風(fēng)電機(jī)組已初具規(guī)模，積累了大量的機(jī)組運(yùn)行數(shù)據(jù)，卻缺乏深入的統(tǒng)計(jì)與剖析，使這些寶貴信息資源處于閑置和浪費(fèi)狀態(tài)。有鑒于此，如何利用現(xiàn)有機(jī)組的運(yùn)行數(shù)據(jù)，系統(tǒng)地研究風(fēng)電設(shè)備的可靠性問題、評(píng)估其技術(shù)性能與狀態(tài)，推進(jìn)風(fēng)電場(chǎng)的智能化運(yùn)行維護(hù)技術(shù)，優(yōu)化運(yùn)行和維護(hù)策略，是風(fēng)電產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展需要解決的關(guān)鍵問題之一。
　　針對(duì)上述問題，通過對(duì)風(fēng)電企業(yè)現(xiàn)

3、狀的深入調(diào)研，本文圍繞整機(jī)運(yùn)行可靠性問題，利用機(jī)組的實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)，開展了相關(guān)的可靠性分析方法和評(píng)估技術(shù)的研究，旨在為機(jī)組選型、運(yùn)行優(yōu)化、維護(hù)策略制定提供支持和科學(xué)依據(jù)。本文分析了我國(guó)風(fēng)電行業(yè)和投運(yùn)風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行數(shù)據(jù)的特點(diǎn)，系統(tǒng)地研究了基于運(yùn)行數(shù)據(jù)的風(fēng)電機(jī)組可靠性分析和評(píng)估基本方法;結(jié)合試運(yùn)期間故障數(shù)據(jù)樣本少的問題，有針對(duì)性地研究了適用于風(fēng)電機(jī)組小樣本數(shù)據(jù)的可靠性分析和評(píng)估方法;通過對(duì)運(yùn)行過程中監(jiān)測(cè)參數(shù)指標(biāo)的深入分析，提出了基于性能可靠性的

4、風(fēng)電機(jī)組性能評(píng)估方法。
　　本文研究工作和取得的主要成果如下:
　　(1)研究了風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行可靠性分析和評(píng)估的基本方法
　　利用機(jī)組的運(yùn)行數(shù)據(jù)，針對(duì)風(fēng)電機(jī)組整機(jī)運(yùn)行可靠性分析的需求，本文研究了反映機(jī)組設(shè)備可靠性水平的指標(biāo)提取方法，提出了適用于風(fēng)電機(jī)組的評(píng)估分析模型。1）綜合分析了運(yùn)行過程中記錄的狀態(tài)數(shù)據(jù)、事件數(shù)據(jù)和運(yùn)行維護(hù)日志，將其轉(zhuǎn)化為可靠性分析基礎(chǔ)數(shù)據(jù)后，本文系統(tǒng)地研究了風(fēng)電機(jī)組可靠性指標(biāo)（包括可靠度、故障間隔時(shí)間

5、、可靠壽命等）提取的基本方法，研究結(jié)果表明，樣本容量足夠時(shí)，本文提出的方法能有效地提取機(jī)組的可靠性指標(biāo);2）基于運(yùn)行可靠度，構(gòu)建了機(jī)組維護(hù)策略的量化分析模型，并對(duì)兩種不同的維護(hù)策略進(jìn)行了分析，結(jié)果表明，提出的模型可評(píng)價(jià)維護(hù)策略的優(yōu)劣;3）考慮到風(fēng)電機(jī)組的可靠性評(píng)價(jià)過程存在模糊性，平均可利用率難以準(zhǔn)確地反映機(jī)組的可靠性水平，本文構(gòu)建了基于多參數(shù)的風(fēng)電機(jī)組可靠性模糊綜合評(píng)價(jià)模型，并利用北方某風(fēng)電場(chǎng)10臺(tái)機(jī)組2012年的運(yùn)行數(shù)據(jù)驗(yàn)證了提出的評(píng)

6、估模型，結(jié)果表明，該方法能更準(zhǔn)確地反映機(jī)組的可靠性水平。
　　(2)研究了試運(yùn)期小樣本數(shù)據(jù)下風(fēng)電機(jī)組可靠性分析與評(píng)估方法
　　試運(yùn)期間機(jī)組的可靠性是新建風(fēng)電場(chǎng)設(shè)備評(píng)估的重要依據(jù)，但迄今尚無適用的技術(shù)評(píng)估方法。數(shù)據(jù)樣本容量足夠大時(shí)，本文上述的可靠性分析與評(píng)估的基本方法可以準(zhǔn)確地評(píng)價(jià)風(fēng)電機(jī)組的可靠性水平。但由于試運(yùn)期間機(jī)組運(yùn)行時(shí)間短，故障數(shù)據(jù)缺乏，其可靠性評(píng)估是典型的小樣本問題。使用基本方法分析機(jī)組的可靠性水平，可能導(dǎo)致結(jié)果誤差

7、大且不穩(wěn)定。本文研究了適用于風(fēng)電機(jī)組的小樣本數(shù)據(jù)可靠性分析與評(píng)估方法。1）利用部件的故障信息，結(jié)合信息熵理論，將部件故障信息折算成整機(jī)試驗(yàn)信息，提出了基于部件信息的風(fēng)電機(jī)組整機(jī)可靠性信息熵法，研究結(jié)果表明該方法能有效地估計(jì)整機(jī)的運(yùn)行可靠度;2）通過對(duì)試運(yùn)期間多臺(tái)同類型機(jī)組的停機(jī)時(shí)間數(shù)據(jù)的綜合分析，構(gòu)建了基于二參數(shù)威布爾擬合的風(fēng)電機(jī)組平均停機(jī)時(shí)間分析模型，并利用風(fēng)電場(chǎng)試運(yùn)行期間的實(shí)際停機(jī)數(shù)據(jù)，驗(yàn)證了該模型的有效性;3）提出了試運(yùn)期間風(fēng)電機(jī)

8、組平均故障間隔時(shí)間的估計(jì)模型，該模型可實(shí)現(xiàn)風(fēng)電機(jī)組故障間隔時(shí)間的重構(gòu)，對(duì)可靠度進(jìn)行Kaplan-Meier非參數(shù)估計(jì)，并利用估計(jì)結(jié)果進(jìn)行函數(shù)擬合，然后根據(jù)擬合函數(shù)的數(shù)學(xué)性質(zhì)，估計(jì)試運(yùn)行期間風(fēng)電機(jī)組的平均故障間隔時(shí)間，利用本文提出的模型，對(duì)北方某風(fēng)電場(chǎng)20臺(tái)機(jī)組試運(yùn)期的平均故障間隔時(shí)間進(jìn)行了估計(jì)，計(jì)算結(jié)果表明，該模型能夠較準(zhǔn)確地估計(jì)試運(yùn)期間機(jī)組的平均故障間隔時(shí)間。
　　(3)研究并提出了適用的基于性能可靠性的風(fēng)電機(jī)組性能分析與評(píng)估方

9、法
　　針對(duì)風(fēng)電工程和生產(chǎn)實(shí)踐中存在的實(shí)際問題，本文利用機(jī)組中央監(jiān)控系統(tǒng)的記錄數(shù)據(jù)，結(jié)合性能可靠性理論，研究了適用于風(fēng)電機(jī)組性能分析和評(píng)估方法。1)針對(duì)風(fēng)電機(jī)組驗(yàn)收過程功率曲線考核評(píng)估缺乏客觀評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，給出了功率曲線驗(yàn)收要求的概率解釋，將功率曲線驗(yàn)收要求的評(píng)估轉(zhuǎn)化為性能可靠性的評(píng)估問題，構(gòu)建了基于性能可靠性的功率曲線評(píng)估模型，并利用北京某風(fēng)電場(chǎng)5臺(tái)機(jī)組的運(yùn)行數(shù)據(jù)，驗(yàn)證了模型的有效性;2）運(yùn)行在特定風(fēng)速條件下的機(jī)組，輸出功率會(huì)產(chǎn)生波

10、動(dòng)且具有隨機(jī)性。針對(duì)該特征，本文研究了風(fēng)電機(jī)組的性能評(píng)估方法，該方法針對(duì)不同型號(hào)機(jī)組、單臺(tái)機(jī)組和同一機(jī)組運(yùn)行在不同風(fēng)速下的情況，分別建立了基于功率曲線差異的不同型號(hào)風(fēng)電機(jī)組性能分析模型、基于相關(guān)分析的單臺(tái)機(jī)組性能分析模型和基于區(qū)間風(fēng)速內(nèi)輸出功率概率密度分布的分析模型，并利用本文提出的方法評(píng)估分析了吉林白城某風(fēng)電場(chǎng)和甘肅酒泉某風(fēng)場(chǎng)的10臺(tái)風(fēng)電機(jī)組，結(jié)果表明，提出的方法能有效地分析評(píng)估機(jī)組的性能;3）以實(shí)際測(cè)量的某直驅(qū)型風(fēng)電機(jī)組的發(fā)電機(jī)定子