數(shù)字化轉(zhuǎn)型下風(fēng)力發(fā)電機(jī)遠(yuǎn)程運(yùn)維服務(wù)體系構(gòu)建與應(yīng)用

摘要:隨著風(fēng)電產(chǎn)業(yè)進(jìn)入高質(zhì)量發(fā)展階段,風(fēng)電機(jī)組的運(yùn)維難度與成本不斷攀升。本文針對(duì)傳統(tǒng)風(fēng)電運(yùn)維模式的困境與挑戰(zhàn),重點(diǎn)突破發(fā)電機(jī)狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障預(yù)警、運(yùn)行優(yōu)化控制以及預(yù)測(cè)性維護(hù)技術(shù),構(gòu)建數(shù)字化、智能化的風(fēng)電機(jī)組遠(yuǎn)程運(yùn)維服務(wù)體系。
　　關(guān)鍵詞:風(fēng)力發(fā)電機(jī)；遠(yuǎn)程運(yùn)維；數(shù)字化轉(zhuǎn)型
　　引言:能源轉(zhuǎn)型已成為全球共識(shí),風(fēng)電作為最具發(fā)展?jié)摿Φ目稍偕茉?在能源結(jié)構(gòu)調(diào)整中扮演著日益重要的角色。不過隨著風(fēng)電機(jī)組向大型化、海上化方向發(fā)展,運(yùn)維難度與成本不斷攀升,亟須構(gòu)建數(shù)字化、智能化的運(yùn)維服務(wù)體系,保障風(fēng)電機(jī)組安全、高效運(yùn)行。
　　一、傳統(tǒng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)運(yùn)維模式的困境與挑戰(zhàn)
　　傳統(tǒng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)運(yùn)維模式面臨發(fā)電機(jī)高故障率、檢修周期長(zhǎng)、備件管理混亂等困境,年平均故障率高達(dá)15%-20%,單次故障修復(fù)時(shí)間長(zhǎng)達(dá)48-72小時(shí),造成巨大發(fā)電量損失。關(guān)鍵故障如定子繞組過熱、軸承磨損、絕緣老化等缺乏有效預(yù)警手段,人工巡檢周期長(zhǎng)達(dá)30-45天,無法及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常,亟須創(chuàng)新運(yùn)維模式和管理手段。
　　二、風(fēng)力發(fā)電機(jī)遠(yuǎn)程運(yùn)維系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究
　　(一)發(fā)電機(jī)狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障預(yù)警技術(shù)
　　風(fēng)力發(fā)電機(jī)作為風(fēng)電場(chǎng)核心設(shè)備,其健康狀態(tài)直接影響發(fā)電效率和運(yùn)行安全。本研究針對(duì)發(fā)電機(jī)關(guān)鍵部件開發(fā)了精準(zhǔn)監(jiān)測(cè)技術(shù)[1]。在發(fā)電機(jī)定子繞組部署Pt100溫度傳感器(精度±0.1℃),實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)繞組溫度分布,計(jì)算溫升特性ΔT=Twinding-Tambient。當(dāng)ΔT>80℃時(shí)觸發(fā)過熱預(yù)警。轉(zhuǎn)子軸承振動(dòng)監(jiān)測(cè)采用三軸加速度傳感器,采樣頻率25.6kHz,通過快速傅里葉變換分析頻譜特征　　　　　　,識(shí)別軸承內(nèi)圈故障頻率　　　　　　,其中Z為滾動(dòng)體數(shù)量,fr為轉(zhuǎn)頻,d為滾動(dòng)體直徑,D為節(jié)圓直徑,α為接觸角。發(fā)電機(jī)絕緣狀態(tài)通過局部放電檢測(cè)評(píng)估,當(dāng)放電量q>500pC時(shí)啟動(dòng)絕緣劣化預(yù)警。建立發(fā)電機(jī)健康度評(píng)估模型　　　　,其中wi為權(quán)重系數(shù),Si為第i個(gè)監(jiān)測(cè)參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)化值,實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)故障提前48小時(shí)預(yù)警,可用率提升至98.2%。
　　(二)發(fā)電機(jī)運(yùn)行優(yōu)化控制策略
　　基于發(fā)電機(jī)實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù),開發(fā)了智能優(yōu)化控制算法。發(fā)電機(jī)功率輸出優(yōu)化采用最大功率點(diǎn)跟蹤(MPPT)策略,建立功率-轉(zhuǎn)速特性曲線P=f(n,v),其中P為輸出功率,n為轉(zhuǎn)速,v為風(fēng)速。通過擾動(dòng)觀察法尋找最優(yōu)工作點(diǎn),功率優(yōu)化算法為:　　　　　　　　,其中Δn為轉(zhuǎn)速擾動(dòng)量,ΔP為功率變化量。發(fā)電機(jī)溫度控制采用PID調(diào)節(jié)器,控制律為　　　　　　　,通過調(diào)節(jié)冷卻風(fēng)扇轉(zhuǎn)速維持發(fā)電機(jī)溫度在安全范圍內(nèi)。
　　(三)發(fā)電機(jī)預(yù)測(cè)性維護(hù)技術(shù)
　　建立發(fā)電機(jī)全生命周期預(yù)測(cè)性維護(hù)體系,核心采用數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的剩余使用壽命(RUL)預(yù)測(cè)模型?；诎l(fā)電機(jī)歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)構(gòu)建退化特征向量x=[Tmax,Vrms,ITHD,Δf]T,其中Tmax為最高溫度,Vrms為振動(dòng)有效值,ITHD為電流總諧波畸變率,Δf為頻率偏差。采用長(zhǎng)短期記憶網(wǎng)絡(luò)(LSTM)建立RUL預(yù)測(cè)模型,網(wǎng)絡(luò)輸入為時(shí)間序列X=[xt-w+1,...,xt],其中w為時(shí)間窗口長(zhǎng)度[2]。維護(hù)成本模型為Ctotal=Cpreventive+Ccorrective·Pfailure,通過最小化總成本確定最優(yōu)維護(hù)周期。
　　結(jié)語:綜上所述,借由發(fā)電機(jī)狀態(tài)精準(zhǔn)監(jiān)測(cè)、故障智能預(yù)警、運(yùn)行優(yōu)化控制、預(yù)測(cè)性維護(hù)決策等關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)新應(yīng)用,可降低非計(jì)劃停機(jī)時(shí)間和檢修成本,未來還需進(jìn)一步探索跨場(chǎng)區(qū)協(xié)同運(yùn)維、全生命周期資產(chǎn)管理等前沿模式,為風(fēng)電產(chǎn)業(yè)持續(xù)健康發(fā)展提供堅(jiān)實(shí)支撐。

文章來源：《經(jīng)濟(jì)導(dǎo)報(bào)》 http://www.12-baidu.cn/w/qt/35712.html