風(fēng)力發(fā)電設(shè)備可靠性統(tǒng)計分析

孫承婧，毛振攀

（中國三峽新能源（集團(tuán)）股份有限公司，北京100053）

1 引言

截至2019 年年底，國內(nèi)風(fēng)電并網(wǎng)裝機(jī)規(guī)模已突破2.0×108kW。隨著裝機(jī)規(guī)模的大幅上漲，大量場站陸續(xù)投入運營，場站運維管理也逐漸暴露出越來越多的問題。設(shè)備可靠性統(tǒng)計分析除了能反映目前公司設(shè)備運行管理情況，還能在一定程度上為后續(xù)新建項目機(jī)組選型提供重要的參考數(shù)據(jù)。

2 統(tǒng)計狀態(tài)分類

風(fēng)力發(fā)電設(shè)備可靠性統(tǒng)計主要分為風(fēng)電機(jī)組的可靠性統(tǒng)計評價和風(fēng)電場的可靠性統(tǒng)計評價。其中，風(fēng)電機(jī)組可靠性統(tǒng)計評價范圍以風(fēng)電機(jī)組出口主開關(guān)為界，包括風(fēng)輪、傳動變速系統(tǒng)、發(fā)電機(jī)系統(tǒng)、通信系統(tǒng)以及相應(yīng)的輔助系統(tǒng)；而風(fēng)電場可靠性統(tǒng)計評價范圍包括風(fēng)電場內(nèi)的所有發(fā)電設(shè)備，除了風(fēng)電機(jī)組外，還包括箱變、匯流線路、主變等。風(fēng)電機(jī)組可靠性統(tǒng)計的狀態(tài)分類與風(fēng)電場可靠性統(tǒng)計的狀態(tài)分類因統(tǒng)計對象不同，在狀態(tài)分類方面存在一定差異。

《風(fēng)力發(fā)電設(shè)備可靠性評價規(guī)程（試行）》[1]（電可發(fā)〔2004〕4 號）中可靠性統(tǒng)計的狀態(tài)分類如圖1 所示。

更新后的狀態(tài)分類圖重點對計劃停運進(jìn)行了進(jìn)一步細(xì)化和分類，計劃停運主要包含定期維護(hù)與檢修、非風(fēng)電機(jī)組類技術(shù)改造、風(fēng)電機(jī)組優(yōu)化類技術(shù)改造、風(fēng)電機(jī)組缺陷類技術(shù)改造和消缺。對于風(fēng)電機(jī)組而言，計劃停運中的定期維護(hù)與檢修、非風(fēng)電機(jī)組類技術(shù)改造以及風(fēng)電機(jī)組優(yōu)化類技術(shù)改造，因機(jī)組在開展工作前處于可正常運行狀態(tài)，故在可靠性統(tǒng)計分析時歸為可用狀態(tài)。而對于風(fēng)電場而言，因為考慮不同容量大小的場站，定期檢修維護(hù)的時長存在不同差距，若全部認(rèn)定為不可用狀態(tài)，會對場站可靠性的判定帶來影響，故定期維護(hù)與檢修期間風(fēng)電場應(yīng)歸為可用狀態(tài)。經(jīng)過調(diào)整以后的風(fēng)電機(jī)組和風(fēng)電場的可靠性統(tǒng)計狀態(tài)分類圖如圖2 和圖3 所示[2]。

圖1 風(fēng)電機(jī)組可靠性統(tǒng)計狀態(tài)分類圖

3 風(fēng)力發(fā)電設(shè)備可用系數(shù)計算方法

風(fēng)力發(fā)電設(shè)備可用系數(shù)計算主要分為風(fēng)電機(jī)組可用系數(shù)計算和風(fēng)電場可用系數(shù)計算。目前，各新能源公司對風(fēng)電機(jī)組可用系數(shù)的統(tǒng)計和計算，除了用于對比分析場站的設(shè)備運維狀況及穩(wěn)定性，還希望對該數(shù)據(jù)進(jìn)行拓展和應(yīng)用。例如，為后期新建場站機(jī)組的選型提供重要數(shù)據(jù)依據(jù)和參考。而對于風(fēng)電場可用系數(shù)的統(tǒng)計和計算一般主要用于反映一個場站整體的設(shè)備運維狀況。

圖3 更新后風(fēng)電機(jī)組可靠性統(tǒng)計狀態(tài)分類圖

圖4 更新后風(fēng)電場可靠性統(tǒng)計狀態(tài)分類圖

3.1 風(fēng)電機(jī)組可用系數(shù)計算

針對風(fēng)電機(jī)組的可用系數(shù)AF 計算，在《風(fēng)力發(fā)電設(shè)備可靠性評價規(guī)程（試行）》中給出了明確的計算公式，計算方式如下：

其中，可用小時，主要包含運行小時和備用小時2 部分，而依據(jù)上一節(jié)調(diào)整以后的風(fēng)電機(jī)組可靠性統(tǒng)計狀態(tài)分類，可用小時應(yīng)包含運行小時、備用小時以及計劃停運小時3 部分。統(tǒng)計期間小時指風(fēng)力發(fā)電設(shè)備處于在使用狀態(tài)下統(tǒng)計評價需要選取的給定時間小時數(shù)。

式（1）為單臺機(jī)組的可用系數(shù)計算方式，主要反映的是單臺機(jī)組的可用時間占比。為方便給新建場站機(jī)組的選型提供重要數(shù)據(jù)依據(jù)和參考，場站內(nèi)不同廠家不同容量的機(jī)組，不可直接求取可用系數(shù)平均值，建議將公司所屬范圍內(nèi)所有的場站機(jī)組信息進(jìn)行整合分析，同廠家，同容量的機(jī)組可用系數(shù)可直接進(jìn)行算數(shù)平均計算求得，最后將不同廠家之間，同容量的機(jī)組進(jìn)行橫向?qū)Ρ确治?，得出相對最?yōu)選擇。這種統(tǒng)計如果采取人工計算的方式，工作量極大且容易出錯，因此，建議搭建相應(yīng)信息化管理系統(tǒng)，通過融合云計算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、移動互聯(lián)網(wǎng)及人工智能技術(shù)對相關(guān)海量數(shù)據(jù)有效利用及深度挖掘，實現(xiàn)設(shè)備運行狀態(tài)智能分析和可用系數(shù)自動計算功能。

3.2 風(fēng)電場可用系數(shù)計算

針對風(fēng)電場的可用系數(shù)計算，主要按機(jī)組的容量加權(quán)平均值計算，計算方式如下：

式中，AFs為風(fēng)電場可用系數(shù)；AH1為機(jī)組可用小時，主要包含運行小時、備用小時2 部分，而依據(jù)上一節(jié)調(diào)整以后的風(fēng)電機(jī)組可靠性統(tǒng)計狀態(tài)分類，可用小時應(yīng)包含運行小時、備用小時以及計劃停運小時3 部分；GMC 為毛裝機(jī)容量，即發(fā)電機(jī)組在給定時間內(nèi)能夠連續(xù)承載的最大容量；PH 為統(tǒng)計期間小時數(shù)。

風(fēng)電場可用系數(shù)反應(yīng)的是風(fēng)電場整體運維情況，無須考慮廠家是否相同，如果以該數(shù)據(jù)作為公司風(fēng)電場運維情況的考核指標(biāo)，風(fēng)電場可用系數(shù)還需要結(jié)合場站的運行年份等，經(jīng)過系數(shù)折算后再對場站之間進(jìn)行橫向?qū)Ρ取Ｒ话泔L(fēng)電場有5 年質(zhì)保期，質(zhì)保期內(nèi)主要由設(shè)備廠家負(fù)責(zé)維護(hù)，風(fēng)電機(jī)組可用系數(shù)會相對較高，6～7 年因機(jī)組剛進(jìn)入非質(zhì)保期運行，可用系數(shù)會有所降低，8 年之后隨著場站人員的運維水平的提高，可用系數(shù)會進(jìn)入一個相對平穩(wěn)的狀態(tài)。

風(fēng)電場可用系數(shù)進(jìn)行考核計算的公式如下：

考核可用系數(shù)用于橫向?qū)Ρ炔煌L(fēng)電場運維情況時使用。A為針對不同年份，所需要取的相應(yīng)系數(shù)值。具體A的取值如何計算，需要結(jié)合大量歷史數(shù)據(jù)、風(fēng)電場所處地理環(huán)境、氣象資源等因素綜合測算后得出。

綜上所述，風(fēng)力發(fā)電設(shè)備可靠性的統(tǒng)計與分析對于評價和考核場站設(shè)備運行維護(hù)狀況以及風(fēng)電機(jī)組選型都具有非常重要的參考價值，是新能源公司推進(jìn)精細(xì)化管理的重要手段。目前，風(fēng)力發(fā)電設(shè)備可靠性的統(tǒng)計分析涉及數(shù)據(jù)量龐大，計算任務(wù)繁重，通過人工計算和分析存在較大困難，后續(xù)可通過規(guī)劃建設(shè)相關(guān)生產(chǎn)管理信息系統(tǒng)，利用大數(shù)據(jù)平臺及智能分析應(yīng)用來實現(xiàn)高效分析及應(yīng)用。