風電可靠性數據管理分析系統研究

何 畏,胡佳寧

(中國電力工程顧問集團東北電力設計院有限公司,吉林 長春 130021)

0 引言

風電場主要是由風電機組通過箱變匯成集電線路,接至低電壓母線,再由升壓站的主變壓器升壓至220 kV 電壓連接至公共電網。風力發電機的可靠性數據主要包含:現場運行數據(SCADA 數據)、安裝生產數據、試驗數據、服務數據、產品結構數據以及現場工單領料數據。數據分析結果能夠表現出風力發電機的整體性能、運行錯誤、現場工況、內部主要狀態參數、維修成本、時間及其零部件壽命分布情況等[1]。

1 風力發電機的可靠性數據管理

目前的風電數據管理系統基本是基于相對單一的業務需求進行開發的,沒有進行總體設計規劃,在收集風力發電機可靠性數據時,存在數據管理混亂、同源數據不同值、業務需求不明確、數據重復利用、功能重疊、部分關鍵的字段數據丟失等情況,導致風電數據管理系統內的數據存在不全面、不可靠的問題。

可靠性數據管理是可靠性數據分析的基礎,因此,所有報表在上報前都需要有審核流程,確保上報的數據準確、完整、可用。在發現數據有異常后,要在報表中扼要說明數據丟失原因、丟失時段。月報中的SCADA 數據直接影響風電場當月風力發電機的可利用率;當系統進行升級、系統出現故障等情況發生時,首先要確認實時數據是否可以完整、有效存儲,若出現數據丟失等情況,要及時報備。

2 風力發電機可靠性數據分析的分類

風力發電機可靠性數據分析可以分為可靠性分析、維修性分析、保障性分析、運行可靠性分析等。這4種分析方式,可以為風電機組提供可靠性預測、預警,為持續可靠性改進提供依據,為新產品可靠性設計提供參考。

可靠性分析主要是指風力發電機整機的分析、系統內部分析(包括時間段內的維修成本、可以依靠的性能數據分析、時間段內的有效次數)、風力發電機零件的分析等?？煽啃越y計分析主要是分析失效率變化趨勢,對理論要求高,計算過程復雜,但分析結果全面,數據量要求低,結果精確。維修性分析則是指分析風力發電機的維修時間和維護時間。保障性分析指分析風力發電機備用零件的供給應用、人員安排和人力資源的管理延誤等。運行可靠性分析主要是用于分析風力發電機的運行工況、故障出現頻率、可以應用率、風力發電機的可靠性及增長性能等[2]。

3 風力發電機組可靠性分析系統

本文闡述的風力發電機組可靠性分析系統包括數據庫單元和用戶交互單元。數據庫單元是將導入的原始數據整合為滿足不同分析功能的一個或多個子級數據庫并進行存儲;用戶交互單元是加載一個或多個子級數據庫中的一個子級數據庫,執行可靠性分析計算,并輸出計算結果。

數據庫單元可包括入庫單元、存儲單元。入庫單元是導入原始數據,利用字段映射表將原始數據整合成一個或多個子級數據庫;存儲單元是存儲一個或多個子級數據庫以及字段映射表,其中,字段映射表是利用所述原始數據中的字段與所整合成的一個或多個子級數據庫中的字段相互關聯得到的。

用戶交互單元可包括核心數據處理單元、數據接入單元。核心數據處理單元利用加載的子級數據庫執行相應的可靠性分析計算;數據接入單元加載一個或多個子級數據庫中的一個子級數據庫,針對加載的子級數據庫選擇數據范圍,根據可靠性分析需求針對所選擇的數據范圍進行參數變量選擇,其中,核心數據處理單元根據所選擇的參數變量執行可靠性分析計算;數據輸出單元以圖形、報表的形式輸出所述計算結果。

數據接入單元在根據可靠性分析需求針對所選擇的數據范圍進行參數變量選擇之后,在參數變量下選擇至少一個維度的參數區間,核心數據處理單元還被配置為根據所述至少一個維度的參數區間執行可靠性分析計算[3]。

用戶交互單元還可包括自定義功能模塊,記錄數據接入單元和核心數據處理單元的配置,使得自定義功能模塊在被調用時,直接執行可靠性分析計算。一個或多個子級數據庫包括廠級數據庫、故障級數據庫以及重復故障級數據庫中的至少一個?？煽啃苑治鲇嬎惆◤S級指標計算、故障級指標計算以及重復故障級指標計算,其中,廠級指標計算用于各種可靠性指標計算以及多維度分析;故障級指標計算用于故障規律分析;重復故障級指標計算用于分析高頻次故障、短時間內的故障。

風電可靠性數據分析可以為管理團隊提供風力發電機直觀的性能表現,確定需要改進的方向以及對銷售的數據支持;在維修維護方面,可以優化備品備件管理、預計維修時間、優化維修時間間隔,并且可為后續維修合同的簽訂提供數據支持;在產品設計方面,可以快速解決現場故障,保障現有產品的持續改進,并對新產品設計提供數據支持。

4 風力發電機組可靠性分析系統邏輯設計

執行可靠性分析計算的步驟如下:(1)加載一個或多個子級數據庫中的一個子級數據庫,針對加載的子級數據庫選擇數據范圍。(2)根據可靠性分析需求針對所選擇的數據范圍進行參數變量選擇,根據所選擇的參數變量執行可靠性分析計算。(3)在參數變量下選擇至少一個維度的參數區間,并且根據參數區間執行可靠性分析計算。一個或多個子級數據庫包括廠級數據庫、故障級數據庫以及重復故障級數據庫中的至少一個。

計算裝置包括處理器及存儲器。風力發電機組可靠性分析系統如圖1 所示。風力發電機可靠性分析方法流程如圖2 所示。在步驟401 中,導入原始數據。在步驟402 中,對原始數據進行預處理,即利用字段映射表將所述原始數據整合成一個或多個子級數據庫,例如廠級數據庫、故障級數據庫以及重復故障級數據庫中的至少一個。在步驟403 中,判斷是否需要更新數據。在操作404-1 中,當不需要更新數據時,將整合的一個或多個子級數據庫進行入庫存儲。在操作404-2 中,當需要更新數據時,將新增的測量數據入庫,并且實現新數據與舊數據的整合,然后在操作404-1 中進行入庫存儲[4]。在操作405 中,加載一個或多個子級數據庫中的一個子級數據庫。在操作406 中,針對加載的子級數據庫選擇數據范圍。在操作407 中,根據可靠性分析需求針對所選擇的數據范圍進行參數變量和參數區間選擇。在操作408 中,根據所選擇的參數變量和參數區間執行可靠性分析計算。可靠性分析計算可包括與廠級指標計算、故障級指標計算以及重復故障級指標。在操作409 中,可以以圖形、報表等形式輸出計算結果。

圖1 風力發電機組可靠性分析系統

圖2 風力發電機組可靠性分析方法流程

5 結語

目前的風電數據管理系統內存在數據不全面、不可靠的問題,本文列舉了風力發電機可靠性數據的分類,針對可靠性數據和指標,介紹了一種風力發電機組可靠性分析方法及系統。此系統無須面對大量數據,操作簡單、便捷,能夠得到可視化的準確可靠性分析結果,實現數據和分析結果的統一管理,同時,可根據可靠性分析需求新增分析功能,后續可就自行創建自定義模塊進行探索。