风力发电系统预防性维修决策技术研究

风力发电系统预防性维修决策技术研究

张亮

中电建新能源集团股份有限公司贵州分公司    贵州省贵阳市    550081

摘要：在我国重视电力体制改革和强调可持续发展战略的大背景下，风力发电是一种新能源发电方式。在具体的使用过程中，特别要注意到发电设备的故障维护问题。预防性维修策略技术以可靠性为核心，构建风电装备的预防性维修策略，分析风电装备在实际工作过程中的工作状态，实现了对风电机组故障的高效预防。基于此，本文分析了风力发电系统预防性维修决策技术的意义，重点阐述了风力发电系统的预防性维修决策原理和技术，以期推动风力发电系统的良好运行。

关键词：风力发电；预防性维修；决策技术

引言

电力是我国不可或缺的一种重要能源，目前，电力能源还处在比较紧张的状态，要想长久发展，可以通过建立风电发电系统来进行电能的转换。作为国家大力支持的建设工程，风电技术的工作成效显著，但各方也要注意到发电装备故障维护的重要性，并及时进行故障维护技术的创新。

一、风力发电系统预防性维修决策技术意义

目前，在我国建设风力发电系统的进程中，原来的大型风电场已经逐步转为了分布式风电场，发电机组的数目成倍地增加，所牵涉到的风电机组种类繁多，分布的区域也比较广，而且各装备之间的技术差别也比较大，在使用中经常会出现故障，对维护和管理提出了更高的要求。目前，我国正处于风力发电的发展阶段，对装备组件的维修与故障处理方式还不够成熟，未能形成一套完整的预防性维修方案，整个风力发电系统的维护工作还有很长的路要走。

随着我国电网体制改革与资源优化配置的不断深入，风电已逐渐成为我国新能源利用的主体，风电设备的运维也随之发生了重大变化。现实工作中，一些相似的洁净电力系统已经在基于可靠性的预防维修方面做了开拓性的试验。可靠性技术预防维修策略技术的应用以可靠性理论为核心，重点研究电力设备运行过程中各类因素对设备运行状态及性能劣化的作用机理，实现对设备运行的状态预测及维修策略的制定，对设备的维修时间和方法进行掌控。鉴于当前我国风电场建设的主要方向是集中式风机，因此，很多国际上先进性的基于可靠性的预防性维修方法在已不再适用。为此，我们必须主动地进行自主的研究，对与我国国情相适应的风力发电系统进行预防性维护，从而提升其运行的可靠性，减少其失效概率，达到故障之前就对其进行维修的目的。

二、风力发电系统的预防性维修决策原理

风力发电系统内部存在大量的设备，可以假定其为N个组件，对每个组件按照可靠度要求进行维护，可以在降低维护成本的前提下，提高预防性维护的效率。通过对机组故障资料进行分析，可以得出相应元件在使用中的可靠性随使用年限的增加而降低的结论。而以可靠性为基础的风电设备预防性维修技术是在风电设备各组成部分的工作可靠性达到某一指标时，决定其预防性维修的时机，实现对风电设备的预防性维护。一般来讲，在对设备进行检修之后，设备会出现三种状态，分别是恢复到最初的状态、部分功能恢复以及与检修前状态相同。在这种情况下，可将λ设置为修理系数并定义上次修理工作。当修补系数为1时，说明部件已被修补，可以正常工作。如果修补系数为0，则说明这一次的修复工作并没有成功，部件还在失效的情况下，很难进行正常工作。而0<λ<1时，则说明目前的维护工作起到了一些效果，但是只是一些部件在正常运行，整体还没有完全恢复到原来的样子。

三、确定风力发电系统的维修机会

依据可靠性的概念，在风力发电系统中对机组进行预防性维修，对故障失效情况的分析后可以得知其符合威布尔规则的概率分布，并且在变量为T~W的情况下，可用一个公式来进行运算：R(t)=exp[−(t/η)β],t>0。式中，R(t)代表的是最终的部件可靠性参数，η代表的是尺度参数，β代表的是零件的外形因子。根据此关系式即可对发电机元件进行可靠度分析，并根据得到的元件故障的相关参数值推断部件的失效时间。因为构造不同，风电机组间的可靠性函数具有比较显著的差别，所以，当运用这个可靠性函数来确定各构件的预防性维护范围时，要依据这些差别要素进行比较，以防止发生过度维护的情况。

可将预防性维修的可靠性裕度设定为△R，依据维修元件的可靠度需求，设定更为准确的维修时间，从而降低维修时间过长、维修次数过多等对维修效果的影响。若维修区间值为0，维修时间区间内的预防性维修与机遇维修发生交叠，则可依据可靠性指数来设定更为有效的维修频率，进而减少维修费用。为了保证维护时间在一个合理的范围内，必须在维护时长Tp相对小时，减少过度维护发生的可能性，并使维护过程中的可靠性裕度最小，以此为基础，才能制定出一个合理的维护策略。

四、风力发电系统的预防性机会维修策略技术

1.构建预防性决策维修模型

在风力发电机组中，假定它有N个零件，且不考虑它的机会维护，则它的维护成本可以通过以下公式得到：CP=;MP(i)=T/TP(i)。第一个公式用于分析预防性维修策略的总体成本，而第二个公式用于分析维护的次数。在总成本的公式中，C

P（i）被定义为部件i的预防性维修费用，C0是机器维修停机期间费用和经济损失的组合，Ce是在维修时按照联网电价统计，以平均经济性能为基础的损失量。在计算维护数量的公式中，T为设备的工作周期。基于该维护公式，工作人员应对维护模式进行进一步改进，保证维护过程中各环节都能得到充分的维护，进而提升设备的可靠度，改善设备的实用性。

2.优化计算方式

本文采用二次抛物线插值法对计算公式进行优化。该方法会根据间隔的变化而变化，多项式与函数之间的最佳点距离也会有所不同，当间隔越来越小，直至满足了精度的需求时，就达到了迭代结束的目的。该方法具有较强的适应性，能够较好地降低了雅各布矩阵出现的概率，并且该方法也比较容易实现。然而，在防御机会维护模式下，由于其目标函数并非明确的ΔR，因而无法得到海森矩阵。利用优化后的方法，我们可以对任意的ΔR进行求解，能够利用较少的内插多项式对其进行拟合，从而获得所需要的结果，得出最优解。合理的计算方式能够有效地改善维修方案的实施效果，降低维修成本。

3.预防性机会维修策略

在实施预防性检修之前，须将风电机组的参数进行初始化，并能对其零件进行编号。其次，利用二次抛物线插值法对公式进行优化，得到了最佳的维护方案。然后，利用有关公式得到修复N个零件所需的一个周期。应把第一个超过范围的零件记录下来，把它列为预防性维护零件。之后，还需要对其他组件的状况进行判断，看看是否存在着符合要求的组件，如果存在，就将符合条件的组件进行记录，并将它们设置为机会维护组件，这样就可以实现对全部零件进行维护升级的目的。其次，还要对单元工作的周期进行判定，确定单元工作的周期是否T周期。若是，则对有关资料进行整理，并计算最终的维护成本。否则就必须将第一个到达最大时间范围的零件记录下来，再进行后续的判定与计算。这样做可以达到在风力发电系统中进行预防性维修的目标，节约了总维护成本。

结束语

综上所述，风力发电系统的预防性维修决策技术以可靠性为切入点分析目前国内风电设备故障问题，制定了更为精确的预防性维护周期，确定了维护时机，寻求了合理的可靠维护裕度，在保证维护效果的前提下，既能有效地减少维护费用，又能达到最佳维护效果。

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