基于狀態(tài)監(jiān)測風電機組維護技術探討

摘要：為了實現(xiàn)各種風電傳動機組故障科學合理的設計制定故障維護管理規(guī)劃，本文主要提出了一種基于系統(tǒng)狀態(tài)風險監(jiān)測數(shù)據(jù)的各種風電傳動機組故障維護相關技術課題研究的總體思路。本文介紹了一種包括狀態(tài)數(shù)據(jù)采集與分析處理、狀態(tài)風險監(jiān)測、故障風險診斷、健康風險評估和系統(tǒng)性能優(yōu)化預測的故障預測與健康評估管理的各種風機機組維護相關技術。

關鍵詞：風電機組;狀態(tài)監(jiān)測;維護技術

隨著風電在我國電力能源結(jié)構(gòu)中占比不斷提升，如何在提升風電機組發(fā)電能力的同時，降低運行和維護成本，已成為風能能否長期健康發(fā)展的關鍵因素。針對風電機組發(fā)電量低于額定值、整機綜合性能不明確、關鍵部件異常事件突然發(fā)生等問題，本文分析了風電機組運行狀態(tài)監(jiān)測與健康維護的關鍵技術，以達到提升風電機組運行狀態(tài)的目的。

一、狀態(tài)監(jiān)測風電組發(fā)展現(xiàn)狀

由于風電機組吸收的能量來源于風能，因此輸出功率是跟隨機組所在位置的風能不斷地調(diào)整變化的。風電機組的運行過程中對其效率的評估是根據(jù)對應的風速所包含的風能，由于風能的隨機性，每個時刻的輸出功率所對應的風能能量是變化的。在風電場日常運營過程中，通過統(tǒng)計每臺機組的月發(fā)電量以衡量機組的經(jīng)濟水平，因此需要確定每臺機組的額定發(fā)電量，發(fā)電量一般用于評估中長期的機組的發(fā)電性能，但是發(fā)電量是有功功率在時間尺度的疊加，忽略了疊加過程中有功功率的波動性。

在風能條件相同時，基于發(fā)電量能夠得到不同機組間準確的對比結(jié)果，但是相同的風能條件在實際很難達到。不同時間段，風能條件是不同的，因此采用發(fā)電量評估機組的發(fā)電性能的變化也是不準確的。因此，構(gòu)建一個科學合理，準確評估發(fā)電性能的模型是有必要的。

二、發(fā)電組工作路線

（1）數(shù)據(jù)采集與處理

包括某些設備正常歷史實時運行狀態(tài)數(shù)據(jù)和某些設備正常實時歷史運行狀態(tài)數(shù)據(jù)、傳動鏈上的振動和空氣動力學監(jiān)測數(shù)據(jù)。某些設備正常歷史實時運行狀態(tài)數(shù)據(jù)采集分析重點主要放在某些機組狀態(tài)變槳傳動系統(tǒng)、變頻器、發(fā)電機以及偏航控制系統(tǒng)等傳動設備的緩慢狀態(tài)變化;某些設備實時歷史運行狀態(tài)數(shù)據(jù)采集分析重點主要放在某些機組傳動設備狀態(tài)變化速度較快的設備參數(shù)上面。以上這些數(shù)據(jù)進行匯總后即可形成完整的設備狀態(tài)變化監(jiān)測信息數(shù)據(jù)庫采集系統(tǒng)。

（2）狀態(tài)監(jiān)測

接收到的實時監(jiān)測數(shù)據(jù)和分析處理后期的數(shù)據(jù)，將設備特征評價值與設備期望值數(shù)據(jù)進行綜合比較后在判斷后可以評價風電設備的當前運行健康狀態(tài)，并實時輸出健康監(jiān)測數(shù)據(jù)結(jié)果。為了方便企業(yè)判斷風電設備的當前運行健康狀態(tài)，確定風電設備本身是否可能存在健康問題隱患以及健康故障，并且?guī)椭袛嘟】祮栴}隱患、故障的嚴重性及程度，需要幫助比較設備表征當前設備運行狀態(tài)的主要測量特征值和與之數(shù)據(jù)相應的設備期望值測量標準。因此需要幫助建立設備狀態(tài)特征評價數(shù)據(jù)模型，使用一些模型可以直接反映一個風電設備機組當前工作環(huán)境性能的主要特征評價指標，建立適當?shù)脑u價模型文件來幫助確定一個風電設備機組當前的設備劣化嚴重程度，從而準確性地描述一個風電設備機組當前所處的運行狀態(tài)，輸出設備的劣化嚴重程度及企業(yè)應該及時采取的設備維護管理措施。

（3）故障診斷

故障時的模式識別診斷的一個基本核心重要任務也就是系統(tǒng)設備的運行實時系統(tǒng)故障模式識別，故障時的模式識別診斷主要可以分為實時系統(tǒng)故障特征提取和系統(tǒng)設備實時故障模式識別兩個大部分的方式進行診斷工作。系統(tǒng)內(nèi)部設備運行實時異常故障時的模式識別診斷進行識別分析工作的一個基本實質(zhì)重要任務就是對系統(tǒng)內(nèi)部設備運行實時系統(tǒng)故障的基本狀態(tài)信息進行系統(tǒng)特征提取數(shù)據(jù)進行基本信息提取并對系統(tǒng)設備異常故障時的模式識別數(shù)據(jù)加以分析進行識別，在對大型采用風電風力傳輸鏈的機組系統(tǒng)設備實時故障基本信息系統(tǒng)特征提取進行基本信息提取等在診斷工作基本全部完成后又再同時開展系統(tǒng)設備實時故障的模式識別進行診斷分析工作。通過系統(tǒng)設備接收機對設備運行實時系統(tǒng)故障運行狀態(tài)特征提取后的數(shù)據(jù)，通過隨機提取基本完成的系統(tǒng)設備實時故障建模（其中主要包括對系統(tǒng)設備風電傳動鏈的設備故障發(fā)生機理提取數(shù)據(jù)進行建模和提取相對應的歷史時間設備實時運行故障狀態(tài)提取數(shù)據(jù)的反向建模）和系統(tǒng)設備實時故障特征提取等在診斷工作的根本完成基礎上又在同時采用系統(tǒng)設備實時故障模式識別的兩種工作方式上又可以同時進行設備故障時的模式識別診斷。

（4）健康評估

由于利用無線網(wǎng)絡處理方法對于復雜風電設備機組具有很強的自動處理性和不確定性大的問題處理能力，同時它也擁有強大的概率分析計算能力?？梢詫崿F(xiàn)風電設備系統(tǒng)故障的縱向聯(lián)合概率分布和對特征的概率推理分析計算，從而可以實現(xiàn)其他風電設備機組的健康心理狀態(tài)失效評估，以對其他風電設備機組的健康心理狀態(tài)評估進行失效評價。

三、發(fā)電性能監(jiān)測和分析功能

風電機組發(fā)電性能監(jiān)測功能是評估不同機組的發(fā)電性能，在風電場發(fā)電性能監(jiān)測模型的構(gòu)建中，訓練數(shù)據(jù)的選擇由單一機組的歷史數(shù)據(jù)調(diào)整為所有機組正常運行的歷史數(shù)據(jù)，使同一風電場所有機組的發(fā)電性能評價建立在同一尺度上，在此基礎上實現(xiàn)不同機組在同一時間內(nèi)的水平發(fā)電性能比較。如果單個風電機組的發(fā)電指數(shù)在一段時間內(nèi)持續(xù)處于排名的后10%，應進行發(fā)電指數(shù)的異常性能分析，對于發(fā)電潛力指數(shù)，有必要關注那些始終處于發(fā)電潛力指數(shù)前列的設備，并分析發(fā)電潛力始終較高的原因，以實現(xiàn)風電機組發(fā)電量的提高。

在風電場層面對發(fā)電性能進行并列比較，能夠?qū)L速隨機性變化造成的發(fā)電指數(shù)的下降弱化，便于識別表現(xiàn)不佳的機組。發(fā)電潛力指數(shù)明確了需要改進的機組，通過分析機組的高發(fā)電潛力區(qū)間，確定機組的優(yōu)化方向。結(jié)合風輪機運行參數(shù)的基準區(qū)間，分析機組高發(fā)電潛力的原因。

四、結(jié)論

隨著風電運營精細化程度的加深，提高風電機組的發(fā)電量和降低運行維護的成本是引導風電產(chǎn)業(yè)進一步發(fā)展的重要因素，在接下來的工作中需要結(jié)合設備目前的性能，從改善設備性能的角度提高風電機組的發(fā)電量。

參考文獻

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[2]李精家，戴啟波，張慶運，王彥龍. 基于狀態(tài)監(jiān)測的風電機組維護技術探討[C]//風能產(chǎn)業(yè)（2017年11月）.，2017：78-81.

[3]李精家，戴啟波，張慶運，王彥龍. 基于狀態(tài)監(jiān)測的風電機組維護技術探討[C]//第三屆中國風電后市場專題研討會論文集.，2016：101-105.

單位名稱：重慶海裝風電工程技術有限公司 ? 省市：重慶市梁平區(qū) ?郵編：405200 ?姓名：劉宇 ?出生年月：1992年9月27日 ?性別：男 ?民族：漢族籍貫：重慶市梁平區(qū) ?學歷：本科 ?職稱：助理工程師 ?工作方向：風力發(fā)電機組維護