基于狀態(tài)碼的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組可利用率計(jì)算

劉欣村，陳磊（國(guó)電南瑞科技股份有限公司，江蘇南京　211106）

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基于狀態(tài)碼的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組可利用率計(jì)算

劉欣村，陳磊
（國(guó)電南瑞科技股份有限公司，江蘇南京211106）

KEY W0RDS：wind turbine；re1iabi1ity；avai1abi1ity；status code

摘要：風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的可利用率是衡量風(fēng)力發(fā)電機(jī)組可靠性的一個(gè)重要指標(biāo)。目前國(guó)內(nèi)使用可利用率計(jì)算方法各式各樣，至今沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。提出了一種基于風(fēng)機(jī)現(xiàn)地控制系統(tǒng)狀態(tài)碼處理的可利用率計(jì)算方法，通過對(duì)狀態(tài)碼可利用屬性的細(xì)化，實(shí)現(xiàn)了機(jī)組可利用率的精確計(jì)算。

關(guān)鍵詞：風(fēng)力發(fā)電機(jī)；可靠性；可利用率；狀態(tài)碼

在當(dāng)今節(jié)能減排的大環(huán)境下，發(fā)展以風(fēng)能為代表的新能源已是大勢(shì)所趨。隨著風(fēng)電機(jī)組裝機(jī)容量的增加，業(yè)主對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的可靠性要求也日益提高[1]。機(jī)組的可靠性的量化指標(biāo)可通過可利用率來度量。在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組通用技術(shù)條件中，規(guī)定機(jī)組年可利用率應(yīng)大于97%[2]。在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組驗(yàn)收規(guī)范中規(guī)定機(jī)組可利用率指標(biāo)應(yīng)符合合同要求，但不應(yīng)小于95%[3]。但這些規(guī)范中，均未對(duì)可利用率的具體計(jì)算方法進(jìn)行規(guī)定，數(shù)據(jù)的計(jì)算一般由監(jiān)控設(shè)備或風(fēng)機(jī)制造廠商提供[4]。如何通過標(biāo)準(zhǔn)的可利用率的計(jì)算方法反應(yīng)風(fēng)機(jī)真實(shí)的可靠性水平，是風(fēng)機(jī)制造商和運(yùn)營(yíng)商亟待規(guī)范統(tǒng)一的問題。

1　可利用率的計(jì)算方法

可利用率是指在規(guī)定時(shí)間段內(nèi)，設(shè)備實(shí)際可用時(shí)間占計(jì)劃用時(shí)的百分比[5]?？衫寐实挠?jì)算方法為：

式中：Tt為規(guī)定時(shí)期的總小時(shí)數(shù)；Tem為因維修或故障情況導(dǎo)致風(fēng)力發(fā)電機(jī)組不能運(yùn)轉(zhuǎn)的小時(shí)數(shù)，因外部環(huán)境條件原因?qū)е虏荒軋?zhí)行規(guī)定功能的情況不作為故障處理。Tem的計(jì)算公式為：

式中：Te為風(fēng)機(jī)故障停機(jī)總小時(shí)數(shù)；Tm為非風(fēng)機(jī)制造商責(zé)任的停機(jī)小時(shí)數(shù)，一般包括以下幾類情況：

1）電網(wǎng)故障（電網(wǎng)參數(shù)在技術(shù)規(guī)范范圍之外）。

2）氣象條件（包括風(fēng)況和環(huán)境溫度）超出技術(shù)規(guī)范規(guī)定的運(yùn)行范圍。

3）不可抗力。這些情況如有2種或者2種以上同時(shí)發(fā)生，只計(jì)其中較長(zhǎng)一種情況。技術(shù)指標(biāo)中要求可利用率指標(biāo)應(yīng)符合合同要求，但不應(yīng)小于95%。

2　風(fēng)機(jī)狀態(tài)碼概述

2.1狀態(tài)碼的基本功能

狀態(tài)碼（status code，SC）是告警（a1arm）和事件（Event）的集合，包含當(dāng)前控制系統(tǒng)運(yùn)行的重要信息，為機(jī)組安全提供可靠保證[6]。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)的安全可靠性，依賴于狀態(tài)碼為風(fēng)機(jī)主控系統(tǒng)提供足夠必要的信息。狀態(tài)碼應(yīng)提供滿足實(shí)際應(yīng)用需求的信息，包括觸發(fā)時(shí)間（包含激活和返回兩種類型）、所屬系統(tǒng)、具體描述、異常停機(jī)級(jí)別、偏航模式、觸發(fā)時(shí)風(fēng)機(jī)的主要特征數(shù)據(jù)等[5]。

2.2狀態(tài)碼的基本屬性

管理是最重要的社會(huì)活動(dòng)之一，是指管理主體組織并利用其各個(gè)要素，借助管理手段，完成組織目標(biāo)的過程。眾所周知，大學(xué)的根本任務(wù)是培養(yǎng)人才，教學(xué)工作是大學(xué)經(jīng)常性的中心工作，教學(xué)管理在大學(xué)管理中占有核心地位。國(guó)內(nèi)研究成果中比較有代表性的觀點(diǎn)有：1.教學(xué)管理是指根據(jù)一定的目標(biāo)、原則、程序和方法，對(duì)教學(xué)活動(dòng)進(jìn)行計(jì)劃、組織、協(xié)調(diào)、控制[1]。2.教學(xué)管理是一門研究教學(xué)運(yùn)行管理的本質(zhì)、思想、內(nèi)容、方法、特點(diǎn)及規(guī)律的科學(xué)學(xué)科，是研究“以人才培養(yǎng)為中心，以高水平教學(xué)質(zhì)量為目標(biāo)，以科學(xué)管理為主線”的教學(xué)及其組織管理的客觀規(guī)律與內(nèi)在聯(lián)系的學(xué)科[2]。

狀態(tài)碼包含以下幾類基本屬性：運(yùn)行屬性，顯示屬性和記錄屬性。運(yùn)行屬性包含了風(fēng)機(jī)運(yùn)行時(shí)狀態(tài)碼的運(yùn)行信息，包括觸發(fā)條件、復(fù)位條件及狀態(tài)碼觸發(fā)后執(zhí)行的相關(guān)操作，表1中列舉了風(fēng)機(jī)狀態(tài)碼中常用的運(yùn)行屬性。顯示屬性包含了狀態(tài)碼觸發(fā)后在現(xiàn)地HMI和遠(yuǎn)程SCADA中的顯示狀態(tài)信息。記錄屬性用于狀態(tài)碼觸發(fā)后對(duì)風(fēng)機(jī)狀態(tài)的記錄和統(tǒng)計(jì)，本文研究的風(fēng)機(jī)可利用率計(jì)算所需要的可用屬性也包含在狀態(tài)碼的記錄屬性中。

表1　狀態(tài)碼的運(yùn)行屬性Tab. 1 The operatlon property of the status code

2.3狀態(tài)碼的運(yùn)行機(jī)制

狀態(tài)碼的運(yùn)行過程也就是風(fēng)機(jī)狀態(tài)機(jī)的運(yùn)行過程，風(fēng)機(jī)運(yùn)行中，風(fēng)機(jī)主控PLC程序會(huì)對(duì)風(fēng)機(jī)狀態(tài)碼的觸發(fā)條件進(jìn)行巡檢，當(dāng)某一狀態(tài)碼滿足觸發(fā)條件被觸發(fā)后，該狀態(tài)碼對(duì)應(yīng)的各項(xiàng)運(yùn)行屬性、顯示屬性和記錄屬性則處于激活狀態(tài)，風(fēng)機(jī)狀態(tài)機(jī)根據(jù)狀態(tài)碼屬性和風(fēng)機(jī)當(dāng)前狀態(tài)執(zhí)行該狀態(tài)碼對(duì)應(yīng)的各項(xiàng)運(yùn)行、顯示和記錄操作。當(dāng)多個(gè)狀態(tài)碼被觸發(fā)時(shí)，會(huì)有多個(gè)運(yùn)行屬性被同時(shí)觸發(fā)，此時(shí)需根據(jù)風(fēng)機(jī)當(dāng)前狀態(tài)和觸發(fā)狀態(tài)碼屬性的優(yōu)先級(jí)，按不同操作的運(yùn)行邏輯，執(zhí)行相應(yīng)的維護(hù)、停機(jī)、偏航、告警等操作。

3　基于狀態(tài)碼的可利用率計(jì)算

3.1計(jì)算方法

利用風(fēng)機(jī)狀態(tài)碼可對(duì)風(fēng)機(jī)狀態(tài)及故障信息準(zhǔn)確描述的特性，可以將風(fēng)機(jī)的狀態(tài)碼按故障特點(diǎn)進(jìn)行分組，并對(duì)每組狀態(tài)碼按照風(fēng)機(jī)在該狀態(tài)下是否可用的特性，定義相應(yīng)的可利用因子Ki，則根據(jù)每一時(shí)刻風(fēng)機(jī)所激活的狀態(tài)碼所處的分組及其對(duì)應(yīng)的可利用因子，可計(jì)算風(fēng)機(jī)的可利用率：

式中：Ki為當(dāng)前風(fēng)機(jī)觸發(fā)狀態(tài)碼所屬狀態(tài)組的可利用因子；Ti為在該狀態(tài)組所處的時(shí)間長(zhǎng)度。

3.2狀態(tài)碼分組

3.3多個(gè)狀態(tài)碼觸發(fā)的處理

當(dāng)風(fēng)機(jī)同時(shí)有多個(gè)狀態(tài)碼被觸發(fā)時(shí)，確定當(dāng)前風(fēng)機(jī)所處的狀態(tài)組的方法一般有2種：優(yōu)先級(jí)法和時(shí)間戳法[7]。

優(yōu)先級(jí)法對(duì)每個(gè)狀態(tài)組按故障的嚴(yán)重程度定義了優(yōu)先級(jí)，多個(gè)狀態(tài)碼觸發(fā)時(shí)，對(duì)每個(gè)狀態(tài)碼所在的故障組的優(yōu)先級(jí)進(jìn)行比較，選取優(yōu)先級(jí)最高的狀態(tài)組作為當(dāng)前狀態(tài)組。表2中所列的組號(hào)即表明了該組的優(yōu)先級(jí)，序號(hào)越小則優(yōu)先級(jí)越高。

時(shí)間戳法對(duì)每個(gè)狀態(tài)碼觸發(fā)的時(shí)刻進(jìn)行記錄，多個(gè)狀態(tài)碼觸發(fā)時(shí)，以時(shí)間戳靠前的狀態(tài)碼所在的狀態(tài)組作為當(dāng)前狀態(tài)組[8]。

圖1、圖2分別為2種方法在風(fēng)機(jī)主控程序處理中的流程圖，圖中ActiveGrouP即為程序判斷的機(jī)組當(dāng)前狀態(tài)組。GrouPVar和TemPGrouP為程序中間變量。

3.4電網(wǎng)掉電情況下的處理

當(dāng)外部電網(wǎng)掉電時(shí)，風(fēng)機(jī)控制器在UPS供電下可繼續(xù)運(yùn)行一段時(shí)間，此時(shí)控制器程序?qū)⒓せ钆c電網(wǎng)掉電相關(guān)的狀態(tài)碼，同時(shí)該狀態(tài)碼觸發(fā)的時(shí)間會(huì)作為掉電保持型變量被記錄下來。在控制器重新上電后可通過讀取保存的狀態(tài)碼觸發(fā)時(shí)間來計(jì)算該狀態(tài)碼持續(xù)時(shí)間，確?？衫寐实挠?jì)算不受機(jī)組電網(wǎng)掉電等情況的影響[9]。

表2　風(fēng)機(jī)可利用性分組Tab. 2 Grouplng of the wlnd turblne avallabllltles

圖1　優(yōu)先級(jí)法觸發(fā)流程Flg. 1 Avallablllty selects type：prlorlty

圖2　時(shí)間戳法觸發(fā)流程Flg. 2 Avallablllty selects type：tlme stamp

4　工程應(yīng)用

本文提出的基于狀態(tài)碼的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組可利用率計(jì)算方法已成功應(yīng)用于某風(fēng)電場(chǎng)的東汽機(jī)組主控技改項(xiàng)目中。該風(fēng)電場(chǎng)受限于西北地區(qū)電網(wǎng)環(huán)境，棄風(fēng)限電情況比較突出，當(dāng)AGC分配功率指令小于風(fēng)機(jī)正常出力范圍時(shí)，通常采用監(jiān)控室對(duì)單臺(tái)風(fēng)機(jī)執(zhí)行遠(yuǎn)程停機(jī)操作的辦法限制全場(chǎng)功率。此時(shí)原有的風(fēng)機(jī)可利用率計(jì)算方法將風(fēng)機(jī)狀態(tài)按不可用統(tǒng)計(jì)，使得風(fēng)機(jī)可利用率常常低于85%，與機(jī)組實(shí)際情況不符，需監(jiān)控室手動(dòng)進(jìn)行修正。應(yīng)用了新的可利用率計(jì)算方法后，主控程序?qū)ο揠娡C(jī)、停電檢修等狀態(tài)定義了專門的狀態(tài)碼及其可利用屬性。經(jīng)過實(shí)際運(yùn)行計(jì)算，風(fēng)機(jī)平均可利用率保持在97%以上，與風(fēng)機(jī)的實(shí)際狀態(tài)一致，且與監(jiān)控室的手動(dòng)修正結(jié)果吻合，表明了該計(jì)算方法的有效性。

5　結(jié)語

風(fēng)機(jī)可利用率計(jì)算方法多種多樣，至今沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，不同計(jì)算方法的差異主要表現(xiàn)在對(duì)停機(jī)原因中因外部環(huán)境條件導(dǎo)致不能執(zhí)行規(guī)定功能的界定存在差異[10]。本文提出的基于現(xiàn)地狀態(tài)碼的可利用率計(jì)算方法，通過對(duì)狀態(tài)碼中可利用屬性的分類判定，細(xì)化了各故障類型下的機(jī)組可利用狀態(tài)，提高了可利用率計(jì)算值的可信度和精確度。

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劉欣村（1981—），男，碩士，工程師，研究方向?yàn)轱L(fēng)力發(fā)電及新能源發(fā)電控制技術(shù)。

（編輯董小兵）

Project SuPPorted by Five Nationa1 Science and Techno1ogy SuPPort Program in E1even Countries（2008BAA14B04）.

Wlnd Turblne Avallablllty Calculatlon Based on Status Code

LIU Xincun，CHEN Lei
（NARI Techno1ogy Deve1oPment Co.，Ltd.，Nanjing 211106，Jiangsu，China）

ABSTRACT：The avai1abi1ity of wind turbine is an imPortant indicator to measure the re1iabi1ity of wind turbines. At Present，there are various kinds of methods used to ca1cu1ate the avai1abi1ity in China，but so far there is sti11 no uniform standard. This PaPer ProPoses a ca1cu1ation method for the avai1abi1ity based on the status code of the 1oca1 contro1 system of the wind turbine，and the exact ca1cu1ation of the avai1abi1ity of the wind turbine is rea1ized through refinement of usab1e attributes of the status cod.

作者簡(jiǎn)介：

收稿日期：2015-01-30。

基金項(xiàng)目：國(guó)家“十一五”科技支撐計(jì)劃（2008BAA14B04）。

文章編號(hào)：1674-3814（2016）01-0085-04

中圖分類號(hào)：TM614

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A