鄭雷杰

【摘? 要】風(fēng)電機(jī)組其出力性能對(duì)于風(fēng)電場(chǎng)的經(jīng)濟(jì)效益會(huì)產(chǎn)生直接影響，通過(guò)便用SCADA（即數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控系統(tǒng)）來(lái)對(duì)風(fēng)電機(jī)組的出力性能進(jìn)行充分的分析，其中主要包含功率曲線的分析、發(fā)電量的分析、可靠性的分析等內(nèi)容。本文重點(diǎn)結(jié)合某風(fēng)電場(chǎng)的實(shí)際情況，對(duì)其風(fēng)電機(jī)組出力性能進(jìn)行了深入分析和研究，從中篩選出機(jī)組出力相對(duì)差的機(jī)組，同時(shí)對(duì)這類機(jī)組實(shí)施定性分析，望可以為風(fēng)電機(jī)組提高工作效率奠定基礎(chǔ)。

【關(guān)鍵詞】風(fēng)電機(jī)組;出業(yè)性能;分析方法

引言

為了有效緩解環(huán)境污染與能源緊缺的嚴(yán)重問(wèn)題，大力發(fā)展風(fēng)能是保護(hù)環(huán)境降低污染的重要途徑。風(fēng)電機(jī)組出力性能是確保風(fēng)電企業(yè)正常生產(chǎn)與發(fā)展的基礎(chǔ)因素。在運(yùn)行數(shù)據(jù)相對(duì)欠缺的情況下，來(lái)對(duì)機(jī)組實(shí)施出力性能的分析會(huì)不同程度的增大困難。通過(guò)使用SCADA系統(tǒng)來(lái)對(duì)風(fēng)電機(jī)組出力性能進(jìn)行分析，從中找到出力效果不理想的機(jī)組，并同時(shí)對(duì)其原因進(jìn)行篩查，從而為以后各系統(tǒng)性能的有效分析提供參考。

1風(fēng)電機(jī)組出力性能的分析法

1.1影響出力性能的因素

對(duì)風(fēng)電機(jī)組的出力性能產(chǎn)生影響的因素比較多，然常見(jiàn)因素基本有兩種，即外部因素和機(jī)組本身因素兩種。第一，外部因素。其中包含風(fēng)況和環(huán)境。而風(fēng)況包含風(fēng)速大小、風(fēng)切變、湍流強(qiáng)度和風(fēng)向。環(huán)境因素主要包含濕度、大氣壓力和溫度等因素。第二，機(jī)組本身因素主要包括主控系統(tǒng)、傳動(dòng)鏈系統(tǒng)、變槳系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)、偏航系統(tǒng)。例如，常見(jiàn)問(wèn)題有變槳不同步和偏航不對(duì)風(fēng)等。

1.2出力性能分析

因?yàn)槲覈?guó)很多風(fēng)電場(chǎng)各機(jī)組所在地形都非常相像，通過(guò)使用SCADA系統(tǒng)來(lái)對(duì)機(jī)組數(shù)據(jù)實(shí)施橫向比對(duì)，通過(guò)對(duì)功率曲線、電量、可靠性進(jìn)行分析，可以發(fā)現(xiàn)影響發(fā)電量、可靠性和功率曲線變化的因素。在此當(dāng)中，發(fā)電量分析主要包含平均風(fēng)速和機(jī)組發(fā)電量的比較。功率曲線的分析需參照相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)來(lái)進(jìn)行。

1.3可靠性分析

可靠性的影響因素主要包含機(jī)組的所處環(huán)境、設(shè)計(jì)生產(chǎn)水平、使用條件零部件老化、運(yùn)行時(shí)間等，可靠性具有時(shí)變性和特殊性特點(diǎn)，除此之外，可靠性還是判定風(fēng)電機(jī)組的性能與維護(hù)水平的重要標(biāo)準(zhǔn)?？煽啃缘闹笜?biāo)包含可利用率、故障率、平均故障間隔時(shí)間和平均恢復(fù)時(shí)間，對(duì)這些內(nèi)容進(jìn)行分析，能夠找出存在故障或是性能優(yōu)良的風(fēng)電機(jī)組。

故障率指的是在某一時(shí)間段內(nèi)的機(jī)組形成故障的時(shí)間和總時(shí)間比，公式為：

（1）其中代表的是故障率，T表示的是某一時(shí)間段內(nèi)的總時(shí)間，代表的是故障時(shí)間。

MTBF指的是相鄰故障間的平均運(yùn)行時(shí)間，其體現(xiàn)出風(fēng)電機(jī)組時(shí)間質(zhì)量，主要反映風(fēng)電機(jī)組規(guī)定時(shí)間段內(nèi)，維持功能的能力，公式為：? 。

（2）在公式中N表示的是故障次數(shù)。MTTR指的是平均修復(fù)時(shí)間，其體現(xiàn)的是風(fēng)電機(jī)組故障修復(fù)能力，屬于判定風(fēng)電機(jī)組可維護(hù)的一種標(biāo)準(zhǔn)。公式為：? 。

（3）機(jī)組可利用率主要指的是一年時(shí)間段內(nèi)，機(jī)組實(shí)際應(yīng)用時(shí)間，占整體計(jì)劃用時(shí)的比例，公式為：可利用率=[1-（A-B）/（8760-B）]×100%? （4），其中公式中的A表示的是故障停機(jī)的時(shí)間，B表示的是非投標(biāo)人責(zé)任范圍內(nèi)的停機(jī)時(shí)間。停機(jī)時(shí)間不包含下面幾種情況，即：電網(wǎng)故障、不可抗力、氣象條件不在技術(shù)規(guī)范所規(guī)定的運(yùn)行范疇。如果有兩種或是超過(guò)兩種的情況同時(shí)出現(xiàn)，僅對(duì)其中相對(duì)長(zhǎng)的一種進(jìn)行計(jì)算。

2試驗(yàn)分析

2.1試驗(yàn)概況簡(jiǎn)介

某風(fēng)電場(chǎng)總共安裝了33臺(tái)，型號(hào)是1.5S-82，功率為1.5兆瓦的風(fēng)電機(jī)組，在2013年的時(shí)投入使用，最近幾年，一些風(fēng)電機(jī)組的出力性能較弱，還有很多機(jī)組出現(xiàn)了各式各樣的故障問(wèn)題，為此需對(duì)風(fēng)電機(jī)組的出力性能進(jìn)行分析，以及時(shí)從中找到問(wèn)題形成原因，并做出有效處理。

2.2數(shù)據(jù)采集、篩選剔除

數(shù)據(jù)采集：數(shù)據(jù)都是通過(guò)使用風(fēng)電機(jī)組的SCADA系統(tǒng)采集的，具體數(shù)據(jù)采集時(shí)間是2016年10月1日到11月31日期間，所采集的數(shù)據(jù)是30秒時(shí)間內(nèi)的平均數(shù)值。其中數(shù)據(jù)內(nèi)容主要包括了機(jī)組運(yùn)行過(guò)程中的風(fēng)速、功率、電網(wǎng)限電情況、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、運(yùn)行值、錯(cuò)風(fēng)角、變槳角度等。

數(shù)據(jù)篩選剔除：數(shù)據(jù)按照IEC61400-12-1標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)結(jié)合下面幾項(xiàng)原則來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)的篩選剔除故障時(shí)間內(nèi)以外的數(shù)據(jù)、停機(jī)數(shù)據(jù)、測(cè)風(fēng)儀故障數(shù)據(jù)等。主要剔除的數(shù)據(jù)有：（1）風(fēng)速之外的其他條件，不在風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行范圍之內(nèi)的;（2）因?yàn)轱L(fēng)電機(jī)組發(fā)生故障面致使風(fēng)電機(jī)組出現(xiàn)停機(jī)的;（3）維護(hù)運(yùn)行期間內(nèi)，人工停機(jī)的;（4）棄風(fēng)限電期內(nèi)的數(shù)據(jù)。

2.3風(fēng)電機(jī)組的出力性能

（1）發(fā)電量

把33臺(tái)風(fēng)電機(jī)組各機(jī)組發(fā)電量與平均網(wǎng)速值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。如下圖所示

從此圖可以發(fā)現(xiàn)，發(fā)電量最弱的機(jī)組主要包含12、22、26、30、31和32號(hào)機(jī)組，相對(duì)差一些的機(jī)組主要有17、20、21、23、24、25和29號(hào)機(jī)組。平均風(fēng)速最弱的機(jī)組主要包含22、26、31、32號(hào)機(jī)組，最弱的機(jī)組有1、2、3、9、12、21、23、24、27、29和30號(hào)機(jī)組。因?yàn)閷?duì)風(fēng)電機(jī)組的發(fā)電性能產(chǎn)生影響的因素非常多，其中常見(jiàn)的影響因素主要包含了地形、限電、機(jī)組出力、故障、風(fēng)況、變槳性能、維修停機(jī)、振動(dòng)和偏航性能等因素。因?yàn)樵?1月的時(shí)候，風(fēng)電場(chǎng)沒(méi)有限電情況存在，所以限電因素可以不計(jì)在內(nèi)。

（2）功率曲線比較

功率曲線屬于風(fēng)電機(jī)組判定出力性能情況的主要標(biāo)準(zhǔn)。功率曲線常使用BIN法來(lái)實(shí)施分區(qū)間分析。也就是將風(fēng)速范圍設(shè)置在以0.5米/秒為中心的整數(shù)倍風(fēng)速，左右的連續(xù)區(qū)間各設(shè)置為0.25米/秒，對(duì)于發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速、錯(cuò)風(fēng)角、功率等數(shù)據(jù)的分區(qū)間法也是如此。結(jié)合數(shù)據(jù)剔除法提取使用正常并網(wǎng)情況下的數(shù)據(jù)，同時(shí)利用BIN法來(lái)實(shí)施分區(qū)間處理以后，獲得33臺(tái)風(fēng)電機(jī)組功率曲線圖。如下圖所示。

從上圖可以發(fā)現(xiàn)，功率曲線最弱包含了7、12、9、25、30號(hào)風(fēng)電機(jī)組，功率曲線正常的有6、8、10、11、22、29、33號(hào)風(fēng)電機(jī)組，狀態(tài)最佳的有19號(hào)機(jī)組。在此當(dāng)中12號(hào)風(fēng)電機(jī)組的功率曲線最差，主要是因?yàn)槌霈F(xiàn)振動(dòng)后被廠家調(diào)整控制策略所造成的。

（3）可靠性

對(duì)33臺(tái)機(jī)組實(shí)施可靠性分析，因?yàn)榭衫寐实牟町愊鄬?duì)較小，所以無(wú)法進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。

①故障率的統(tǒng)計(jì)。對(duì)33臺(tái)機(jī)組故障率實(shí)施統(tǒng)計(jì)，如下圖所示

33臺(tái)風(fēng)電機(jī)組故障率圖

通過(guò)圖表能夠看出，8、21、27、31號(hào)機(jī)組故障率相對(duì)較高，然平均值都不超過(guò)2%，而其他的機(jī)組故障率處在正常狀態(tài)。因?yàn)?號(hào)和12號(hào)機(jī)組因?yàn)檎駝?dòng)停機(jī)，所以不將其歸類到統(tǒng)計(jì)范圍之內(nèi)。

②MTBF（即平均故障間隔時(shí)間）計(jì)算

對(duì)33臺(tái)機(jī)組實(shí)施MTBF計(jì)算統(tǒng)計(jì)，得到統(tǒng)計(jì)結(jié)果如下圖表所示。

33臺(tái)風(fēng)電機(jī)組MTBF統(tǒng)計(jì)圖表

通過(guò)圖表可以看出，MTBF結(jié)果較差的機(jī)組包含7、8、9、12、15、16、21、22、26、27、31號(hào)。

③MTTR（即平均恢復(fù)時(shí)間）計(jì)算統(tǒng)計(jì)

對(duì)33臺(tái)機(jī)組的MTTR進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，可得出統(tǒng)計(jì)結(jié)果，如下圖表所示。

33臺(tái)電機(jī)組MTTR統(tǒng)計(jì)圖表

通過(guò)圖表可以看出，MTTR高的風(fēng)電機(jī)組包含2、4、9、10、14、21、27、29、31、32號(hào)。通過(guò)對(duì)統(tǒng)計(jì)故障率、MTBF、MTTR的統(tǒng)計(jì)結(jié)果進(jìn)行分析可以發(fā)現(xiàn)，可靠性差的電機(jī)組包含8、9、10、14、21、27、31號(hào)。

3結(jié)束語(yǔ)

總體來(lái)說(shuō)，通過(guò)應(yīng)用風(fēng)電機(jī)組SCADA系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)，來(lái)對(duì)各機(jī)組進(jìn)行對(duì)比，利用發(fā)電量與平均風(fēng)速的比對(duì)分析、功率曲線的分析、可靠性分析，能夠發(fā)現(xiàn)機(jī)組出力性能差的一些機(jī)組并同時(shí)對(duì)這些機(jī)組實(shí)施定性分析，從而為各系統(tǒng)性能的判定提供參考。

參考文獻(xiàn)

[1]寧少華.基于數(shù)據(jù)的風(fēng)電機(jī)組故障趨勢(shì)預(yù)測(cè)方法研究[D].北京：華北電力大學(xué)，2015.

[2]肖運(yùn)啟，賀貫舉.大型風(fēng)電機(jī)組限功率運(yùn)行特性分析及其優(yōu)化調(diào)度[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2014，38（20）：18-25.

[3]周進(jìn).基于運(yùn)行數(shù)據(jù)的風(fēng)電機(jī)組性能評(píng)估研究[D].北京：華北電力大學(xué)，2015.

[4]張穆勇.基于運(yùn)行數(shù)據(jù)的風(fēng)力發(fā)電設(shè)備可靠性分析方法和評(píng)估技術(shù)的研究[D].背京：華北電力大學(xué)，2015.