基于威布尔分布的风场机会维修策略的研究

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近年来,我国的能源结构不断调整,清洁能源得到了广泛的关注。其中,风力发电作为新能源发电产业的典型代表,得到了大力推广,在装机规模持续扩大的同时,我国可再生能源利用水平也在不断提高。风力发电作为一种新的能源替代技术若要着眼于长远稳定的发展,不仅要求其具有清洁、低碳、安全的优点,同时也要求其具有经济性的优势,不断降低成本。风电机组一旦投入使用后,其运行的成本绝大多数将倾向维修成本,对于降低维修成本的问题,最直接的解决办法是在维修时充分考虑维修的经济性,通过合理的维修策略使得维修费用降低。合理的维修优化策略可以优化风电场运维中涉及到的人力、物力和财力的配置,有效节省风电场运维开支等资源,最重要的是可以确保风电场运维工作的安全、高效、稳定的开展。本文针对当前风电发展状况与机组传统维修的方式等不足,建立了基于威布尔分布的风场机会维修策略,并以风场整体作为研究背景,视风场内各风机视为单独个体,对各风机的退化数据进行分析,将威布尔分布作为可靠性指标,通过机会维修,建立基于威布尔分布的风场内各风机的机会维修策略,确定最合适的维修阈值和维修个数,达到降低维修成本的目的。首先,建立以风场为整体的机会维修策略模型。其中,将整片风机集中组成的风场看作为一个整体系统,将风场内的风机作为相互影响的部分,其中当某台风电机因故障达到其故障维修阈值时对其进行维修,并对其余未达到故障维修阈值但达到机会维修阈值的风机,判断其是否有机会进行机会维修工作。以此通过减少租用费用以及每次进行维修工作所产生的固定维修成本来节省整体的维修成本。其次,选取威布尔分布函数。考虑到威布尔分布第三阶段是损耗失效期,此阶段的故障率随时间迅速增加,主要是由磨损,疲劳,老化和磨损引起的,风力发电机的故障形成机理正好符合此阶段的故障率分布阶段。为了准确地建立设备的故障率模型,需要通过设备在运行过程中产生的故障样本数据来建立威布尔分布模型,再运用最小二乘线性回归方法准确估计威布尔分布的形状参数。最后,在获取各个风机的振动数据基础上,对振动数据分析提取有效表征其退化状态的特征值,建立各个风机的退化曲线,通过对风场内个各风机的机会维修阈值的设定,以维修节省费用和维修个数为目标,维修阈值为约束的风场机会维修模型,计算并确定风场内某时刻最合适维修的个数以及维修阈值,使得风场内维修成本更为合理。通过算例进行验证,说明模型具有可行性,为降低风电机组运行维护的成本有明显帮助,可以为实际风场维修提供指导意义。
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