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數(shù)據(jù)挖掘下的風力發(fā)電機組運行管理方式

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數(shù)據(jù)挖掘下的風力發(fā)電機組運行管理方式

關鍵詞:風力發(fā)電機組;風場穩(wěn)定性:運行數(shù)據(jù)

引言

從2006年開始,在國家出臺鼓勵政策的背景下,中國的風電發(fā)電行業(yè)進入高速發(fā)展時代。經(jīng)過十幾年的開發(fā),截至到2019年底,國內(nèi)總裝機容量超過250GW,裝機臺數(shù)接近20萬臺。在快速發(fā)展的同時,風機的整體健康狀況并不理想,倒塌、飛車失火等重大設備故障時有發(fā)生,風機故障多發(fā)、可利用率偏低這種情況比較普遍,經(jīng)營指標明顯偏離項目可研指標,有的項目甚至運行之日即成虧損之時的狀態(tài),這嚴重影響了投資方的經(jīng)營效益,阻礙了行業(yè)的良性發(fā)展。充分發(fā)揮已建成風電項目的收益,提高或優(yōu)化達到項目投資指標而增加的效益體量甚大,不容小覷。本文通過基于歷史運行數(shù)據(jù)挖掘風力發(fā)電機組運行管理方式,提高可靠性,增加風機壽命。

1風機壽命非正??焖倭踊?/p>

風機健康水平在其設計壽命年限內(nèi)(20~25年)非正常快速劣化的狀況,最根本的原因,是行業(yè)各方的能力提升速度沒能跟上裝機的速度。

1.1行業(yè)標準

行業(yè)在發(fā)展的過程中,出臺了涵蓋從風電前期機組設計、項目開發(fā)到后期生產(chǎn)管理的大量國家標準、行業(yè)標準和企業(yè)標準,但由于行業(yè)開發(fā)時間較短,行業(yè)自身缺乏深度理解,很多標準是參照國外標準編制,而由于國情不同,標準的合理性和準確性存在一些漏洞;另外,由于行業(yè)快速發(fā)展,在標準的執(zhí)行過程中也出現(xiàn)各種偏差。一些機型沒有經(jīng)過樣機嚴格的形式試驗、改進優(yōu)化,就大批量進行入市場;風機的運行維護規(guī)范,現(xiàn)場執(zhí)行嚴重不足;運行管理全員管發(fā)電量等等。

1.2設計能力

國內(nèi)的風機制造商,其技術發(fā)展基本是“引進——聯(lián)合設計——自主研發(fā)”或者“引進——自主研發(fā)”兩條路線。在行業(yè)發(fā)展早期,很多整機商,從技術引進到批量只用了兩三年時間,很多設備選型、工藝規(guī)范、施工質(zhì)量等問題均未在工廠得到充分解決,完全暴露在風場現(xiàn)場。行業(yè)“極速”發(fā)展的另一個表現(xiàn)是:每個主流廠家一年最少出一款新機型。更有追求大直徑只加長葉片,不升級變槳系統(tǒng)等重要部件,背離了設計原則,給風機運行帶來嚴重安全隱患和壽命的不可逆狀態(tài)。機型更新?lián)Q代太快,這導致主機廠的設計能力基本投入到新機型的研發(fā),沒有多少技術力量去處理前一代機問題,沒有達到持續(xù)改進長久發(fā)展目的;而且,由于老機型已基本退出市場,廠家也沒有了再投入進行改進的積極性。另一方面是針對具體項目的個性化設計問題。風機廠家會針對不同地理條件、氣候及風況特征的機型等因素設計和選擇適合機型。在做項目可研設計時,也會針對具體項目的情況,確定選定機型的單機容量、葉輪直徑、塔筒高度。但是,同一地理/氣候特性區(qū)域的項目與項目之間,甚至同一項目的機位與機位之間,其微觀工況是存在差異的,如要實現(xiàn)最優(yōu)化運行的目標,必須進行進一步的控制策略優(yōu)化,實際情況是目前基本沒有哪個廠家進行這項工作。

1.3供應鏈配套能力

作為風機廠的配套廠商,供應鏈的情況基本與風機廠的狀況一樣,被動地跟隨,在設計、測試等主要環(huán)節(jié)缺少必要的驗證。降本增效成了風機低配置的障礙。同時,由于產(chǎn)品更新?lián)Q代太快,備品備件的有效供應也成了制約維持風機保持健康狀態(tài)的一大因素。

1.4運行管理能力

目前,參與風電運行管理的有投資方、風機廠和一些獨立第三方。一個合格的風電現(xiàn)場技術人員,至少要經(jīng)過四五年以上的全方位培訓和現(xiàn)場鍛煉,但是每年新增1萬臺機組、新機型不斷迭代更新、一個同一機型的主要部件有多種配置、機組運行不穩(wěn)定等因素,造成合格現(xiàn)場技術人員的培養(yǎng)遠遠不能滿足現(xiàn)場的實際需要。被動性故障處理成了現(xiàn)場設備管理的主要工作;而保障設備健康最基本的措施——預防性的各項保養(yǎng)、測試工作,被輕視,大力擠壓維護時間、風機維護走過場,導致了風機健康水平的進一步下降。綜上因素,再結合風機價格、服務價格連年大幅度下降所帶來的質(zhì)量下降隱憂,目前在現(xiàn)場運行的風機健康情況更是讓人擔心。設備的不健康,必然導致投資方的發(fā)電收入下降,人工、物料等消耗上升,經(jīng)營效益受損。

2數(shù)據(jù)挖掘

拋開標準、設計、供應鏈等風電場建設前的原因,本文將從風機日常運行管理的角度,探討改善已投產(chǎn)風電機組運行情況的方法。

2.1主要目標

風機運行過程中,產(chǎn)生大量的運行數(shù)據(jù),如I/O記錄、故障記錄、累積功率曲線等。站在更長的時間維度,對風機的歷史運行數(shù)據(jù)進行分析,綜合評估每臺風機的狀況,尋找和確定影響風機穩(wěn)定性、使用壽命和發(fā)電量的原因,并針對性地進行管理改進和技術改進。

2.2技術路線

應用數(shù)據(jù)分析的基本辦法,從宏觀到微觀,按“全場概覽”——“單機狀況”——“部套狀況”——“單故障表現(xiàn)”的順序進行逐級分析,然后形成從微觀到宏觀的“單機”和“風場”級的結論匯總呈現(xiàn),并給出建議。

2.2.1數(shù)據(jù)源(1)風場機型的Excel或Word版故障代碼手冊;(2)年度故障和報警數(shù)據(jù)統(tǒng)計表;(3)年度運行指標統(tǒng)計表;(4)年度的月度發(fā)電量統(tǒng)計表;(5)年度的功率曲線及此機型在本風場的動態(tài)標準功率曲線;(6)項目的可行性研究報告。

2.2.2分析流程(1)數(shù)據(jù)有效性分析。確定數(shù)據(jù)源的的有效性,確保分析結果準確。(2)建立數(shù)據(jù)相關性模型和分析結果輸出內(nèi)容清單和模板;(3)數(shù)據(jù)錄入、分析,形成結論匯總報告;(4)針對結論提出改進意見。

2.2.3部分結果呈現(xiàn)(1)全場概況各風機故障總、次數(shù)對比和各風機故障停機時間對比如圖1、2所示。(2)部套分布部套分布如圖3所示。(3)子故障狀態(tài)故障狀態(tài)如圖4所示。

3結束語

通過實施本管理方式,可以達到以下效果:(1)確定影響風場穩(wěn)定性的主要機組、部件和故障,針對性地進行排除,提高風機可靠性,減少風機故障停機次數(shù)。(2)確定影響風機疲勞載荷的主要故障,加以排除,保障風機的使用壽命。(3)確定影響風電場運行管理效果的管理因素,加以改進,達到精細化運維管理,提升管理成效的結果。

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作者:莊旭彬 單位:汕頭福澳風力發(fā)電公司