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        基于綜合監(jiān)控分析系統(tǒng)的風(fēng)機(jī)發(fā)電性能優(yōu)化

        2019-10-26 03:27:22孫學(xué)艷
        設(shè)備管理與維修 2019年15期
        關(guān)鍵詞:風(fēng)場(chǎng)發(fā)電量風(fēng)電場(chǎng)

        孫學(xué)艷

        (國(guó)電湖口風(fēng)力發(fā)電有限公司,江西九江 332000)

        0 引言

        目前,隨著國(guó)家風(fēng)電產(chǎn)業(yè)政策落實(shí)和風(fēng)電技術(shù)的發(fā)展,我國(guó)風(fēng)電裝機(jī)容量迅速增長(zhǎng),打造“無(wú)人值班,少人值守”風(fēng)電場(chǎng),設(shè)置風(fēng)電場(chǎng)遠(yuǎn)程監(jiān)控自動(dòng)化系統(tǒng),建立集控中心是風(fēng)電場(chǎng)發(fā)展趨勢(shì)。但對(duì)于裝機(jī)容量較小、人員較少的新能源企業(yè),要實(shí)現(xiàn)先進(jìn)高效的管理,需要探索適合企業(yè)的管理模式。

        1 綜合監(jiān)控分析系統(tǒng)建設(shè)

        1.1 建設(shè)背景

        國(guó)電湖口風(fēng)力發(fā)電有限公司是國(guó)電江西電力有限公司下屬三級(jí)單位,2017 年1 月公司第一座風(fēng)電場(chǎng)皂湖風(fēng)電場(chǎng)24 臺(tái)風(fēng)機(jī)全部投產(chǎn),風(fēng)機(jī)原有SCADA 監(jiān)控系統(tǒng)功能有限,運(yùn)行管理、風(fēng)機(jī)運(yùn)行優(yōu)化、性能評(píng)估績(jī)效對(duì)比缺少有效手段,統(tǒng)計(jì)報(bào)表手工計(jì)算,信息零散數(shù)據(jù)缺失;風(fēng)機(jī)檢修維護(hù)、風(fēng)場(chǎng)運(yùn)維人員技術(shù)水平參差不平,風(fēng)電場(chǎng)位置較遠(yuǎn),全公司設(shè)置安全生產(chǎn)部、計(jì)劃財(cái)務(wù)部和綜合管理部等3 個(gè)部門(mén),包括公司領(lǐng)導(dǎo)只有12 名人員,管理人員較少且信息獲取不準(zhǔn)確不及時(shí),管理成本高效率低。

        同時(shí),通過(guò)一年的風(fēng)機(jī)運(yùn)行數(shù)據(jù)顯示風(fēng)電場(chǎng)24 臺(tái)風(fēng)機(jī)2017 年利用小時(shí)1796 h,低于可研利用小時(shí)168 h;風(fēng)場(chǎng)風(fēng)機(jī)位風(fēng)速差異較大,風(fēng)機(jī)間發(fā)電能力差異性較大,10 臺(tái)風(fēng)機(jī)屬于無(wú)效風(fēng)機(jī)。風(fēng)場(chǎng)發(fā)電能力低下的實(shí)際問(wèn)題擺在面前,部分風(fēng)機(jī)位風(fēng)速低是客觀原因,改變風(fēng)機(jī)位風(fēng)資源是困難重重,只有從提升風(fēng)機(jī)發(fā)電性能入手來(lái)改變這一現(xiàn)狀。

        1.2 建設(shè)規(guī)劃

        首先,在風(fēng)機(jī)原有SCADA 監(jiān)控系統(tǒng)基礎(chǔ)上,實(shí)現(xiàn)運(yùn)行數(shù)據(jù)全量全樣本采集與傳輸,利用云平臺(tái)及大數(shù)據(jù)系統(tǒng),以最少的投資實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控分析診斷,提高經(jīng)濟(jì)運(yùn)行水平;其次,用分析結(jié)果指導(dǎo)風(fēng)機(jī)發(fā)電性能優(yōu)化,提高風(fēng)場(chǎng)發(fā)電能力;最后,在條件成熟情況下,實(shí)現(xiàn)“無(wú)人值班,少人值守”運(yùn)維模式,提高企業(yè)經(jīng)營(yíng)利潤(rùn)。

        2 綜合監(jiān)控分析系統(tǒng)功能

        2.1 風(fēng)機(jī)精細(xì)化控制

        通過(guò)對(duì)24 臺(tái)風(fēng)機(jī)進(jìn)行運(yùn)行參數(shù)的采集分析、判斷報(bào)警、提示處理,為運(yùn)維人員監(jiān)控及操作提供了方向性指導(dǎo),實(shí)現(xiàn)了風(fēng)機(jī)的精細(xì)化控制。

        2.2 風(fēng)場(chǎng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行分析優(yōu)化

        以理論發(fā)電量平衡分析法為主線的大數(shù)據(jù)分析系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)歷史數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)、分析以及預(yù)警提示,為判斷風(fēng)機(jī)是否在有效發(fā)電、是否處于正常狀態(tài),預(yù)測(cè)可能發(fā)生故障的部件提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù),以HADOOP 大數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)的設(shè)備分析診斷,通過(guò)數(shù)據(jù)分析預(yù)判來(lái)指導(dǎo)狀態(tài)檢修,挖掘設(shè)備潛力,優(yōu)化風(fēng)機(jī)發(fā)電性能,提高風(fēng)場(chǎng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行水平,提高風(fēng)場(chǎng)發(fā)電能力。

        2.3 管理創(chuàng)新

        各級(jí)管理人員隨時(shí)通過(guò)電腦端和手機(jī)端實(shí)時(shí)瀏覽掌握風(fēng)機(jī)運(yùn)行信息;對(duì)運(yùn)行人員的風(fēng)機(jī)故障報(bào)警復(fù)位及時(shí)率、風(fēng)機(jī)缺陷處理及時(shí)率、風(fēng)機(jī)狀態(tài)轉(zhuǎn)換及時(shí)率的“三率”指標(biāo)考核提供了依據(jù);在發(fā)電量、綜合廠用電率完成率精確統(tǒng)計(jì)基礎(chǔ)上建立完善了獎(jiǎng)懲制度,開(kāi)展值際競(jìng)賽,激發(fā)員工搶發(fā)電量、及時(shí)消缺的熱情,實(shí)現(xiàn)先進(jìn)高效的管理,提質(zhì)增效得到落實(shí)。

        該系統(tǒng)帶來(lái)了運(yùn)維管理手段的創(chuàng)新,不僅提高了運(yùn)行人員值班質(zhì)量,更提高了公司管理水平.通過(guò)大數(shù)據(jù)計(jì)算技術(shù)實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)運(yùn)行智能提醒,實(shí)現(xiàn)了精細(xì)化值班運(yùn)行;在大數(shù)據(jù)平臺(tái)上采用電量平衡分析法,實(shí)現(xiàn)了專(zhuān)業(yè)化的管理;與風(fēng)機(jī)PLC 實(shí)現(xiàn)接口,實(shí)現(xiàn)首發(fā)故障診斷,減少故障判斷時(shí)間;實(shí)現(xiàn)故障統(tǒng)計(jì)分析,提高了巡檢、維護(hù)技改的針對(duì)性;通過(guò)移動(dòng)監(jiān)視故障實(shí)時(shí)查詢(xún),溝通及時(shí)高效,提高了管理效率及水平;基于該系統(tǒng)的風(fēng)機(jī)發(fā)電能力分析優(yōu)化,提高了低效風(fēng)機(jī)的發(fā)電能力。

        該系統(tǒng)投入運(yùn)行7 個(gè)月,風(fēng)機(jī)缺陷數(shù)量同比降低15%,缺陷累計(jì)時(shí)間同比減少380.4 h,考核利用小時(shí)差異率β 值同比降低0.40%,風(fēng)機(jī)故障及計(jì)劃?rùn)z修損失電量減少53 萬(wàn)千瓦時(shí),不包括風(fēng)機(jī)發(fā)電性能優(yōu)化增發(fā)電量收入增加經(jīng)濟(jì)效益276 342 元。

        3 基于該系統(tǒng)的風(fēng)機(jī)發(fā)電性能優(yōu)化

        3.1 風(fēng)機(jī)性能優(yōu)化切入點(diǎn)

        2017 年風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)如表1 所示,單從風(fēng)速與發(fā)電量對(duì)應(yīng)關(guān)系看,風(fēng)機(jī)發(fā)電能力差異性大,如對(duì)A14 風(fēng)機(jī)和A8 風(fēng)機(jī)進(jìn)行比較,風(fēng)速和并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)間幾乎相同,但發(fā)電量相差434 404 kW·h,結(jié)合大數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)擬合風(fēng)速與功率曲線,如圖1 所示,A14 風(fēng)機(jī)風(fēng)速功率曲線較差。

        表1 風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)

        圖1 風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)機(jī)風(fēng)速與功率曲線擬合

        依據(jù)風(fēng)電機(jī)組的運(yùn)行機(jī)理及權(quán)威機(jī)構(gòu)對(duì)批量運(yùn)行機(jī)組的測(cè)試分析可知,如表2 所示,偏航對(duì)風(fēng)靜態(tài)誤差造成的損失電量占5%,國(guó)電湖口公司以偏航誤差優(yōu)化為切入點(diǎn),進(jìn)行風(fēng)機(jī)性能優(yōu)化。

        表2 發(fā)電量損失統(tǒng)計(jì)

        3.2 風(fēng)機(jī)偏航誤差優(yōu)化方案選擇

        偏航系統(tǒng)是大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的重要部分。風(fēng)電機(jī)組通過(guò)偏航系統(tǒng)保證機(jī)艙跟隨風(fēng)向的變化,保證機(jī)組葉輪正對(duì)氣流來(lái)流方向,從而最大限度地利用風(fēng)能。偏航控制的重要環(huán)節(jié)是風(fēng)向的測(cè)量,也就是機(jī)艙和氣流運(yùn)動(dòng)方向的相對(duì)關(guān)系。這個(gè)測(cè)量是通過(guò)機(jī)艙上安裝的風(fēng)向標(biāo)完成的,風(fēng)向測(cè)量的偏差會(huì)導(dǎo)致統(tǒng)計(jì)意義上的靜態(tài)偏差。這種靜態(tài)偏差會(huì)帶來(lái)發(fā)電量的損失,理論上,偏航對(duì)風(fēng)靜態(tài)誤差角度θ與其造成的發(fā)電量損失成余弦平方關(guān)系如圖2 所示。理論推算的偏航對(duì)風(fēng)靜態(tài)偏差帶來(lái)的潛在發(fā)電量損失情況見(jiàn)表3。

        圖2 誤差角度θ 與造成的發(fā)電量損失關(guān)系

        表3 偏航誤差造成的發(fā)電量損失統(tǒng)計(jì)

        靜態(tài)偏差的形成是多種因素導(dǎo)致的,包括安裝、維護(hù)、信號(hào)鏈路固有偏差、測(cè)風(fēng)設(shè)備自身誤差,葉輪尾流和機(jī)艙影響等等。由于造成偏差的原因多樣,不易從源頭上消除。如何低成本及時(shí)地發(fā)現(xiàn)這種偏差,如何修正這些偏差從而減少潛在的發(fā)電量損失就成為一個(gè)重要的課題,并且非常有經(jīng)濟(jì)意義。

        目前,在實(shí)際運(yùn)維過(guò)程中,都是通過(guò)風(fēng)向標(biāo)對(duì)零位檢查來(lái)盡量減小偏航對(duì)風(fēng)的偏差,這種方式如果執(zhí)行的好,也是一種非常必要的措施。但是風(fēng)向標(biāo)對(duì)零位這種方法無(wú)法發(fā)現(xiàn)所有環(huán)節(jié)上帶來(lái)的對(duì)風(fēng)靜態(tài)誤差。僅僅靠風(fēng)向標(biāo)對(duì)零,并不能消除諸如信號(hào)鏈路、測(cè)風(fēng)設(shè)備本身、葉輪尾流和機(jī)艙影響等其他方面帶來(lái)的誤差。

        湖口公司以偏航誤差為切入點(diǎn),基于綜合監(jiān)控分析系統(tǒng)數(shù)據(jù)分析的誤差估算方法優(yōu)勢(shì)就很明顯,這種方式不需要停機(jī),不需要安裝額外的設(shè)備,但可以通過(guò)機(jī)器學(xué)習(xí)算法和大數(shù)據(jù)分析手段得到比較理想的結(jié)果。

        3.3 風(fēng)機(jī)性能優(yōu)化方案實(shí)施

        (1)了解現(xiàn)場(chǎng)風(fēng)速儀使用情況:不同測(cè)風(fēng)設(shè)備的特性研究,比如機(jī)械式風(fēng)向標(biāo)測(cè)量的數(shù)據(jù)表現(xiàn)。

        (2)風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)機(jī)機(jī)組型號(hào)、控制系統(tǒng)版本、大部件信息等。

        (3)導(dǎo)出風(fēng)場(chǎng)每臺(tái)風(fēng)機(jī)近半年與風(fēng)速儀相關(guān)點(diǎn)10~20 個(gè),形成CSV 文件。

        (4)開(kāi)展機(jī)器學(xué)習(xí)方法在機(jī)組運(yùn)行工況自動(dòng)識(shí)別,有效偏航數(shù)據(jù)篩選。以工況自動(dòng)識(shí)別,和數(shù)據(jù)篩選方法為基礎(chǔ),對(duì)偏航數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析清洗。

        (5)展開(kāi)偏航運(yùn)行過(guò)程的功率變化特性研究,根據(jù)葉輪氣動(dòng)特性和機(jī)組發(fā)電出力特性的機(jī)理過(guò)程,研究功率在不同偏航角度下的表現(xiàn)和數(shù)據(jù)特征。

        (6)在上述步驟的基礎(chǔ)上,完成偏航對(duì)風(fēng)靜態(tài)誤差的估算方法。并研究數(shù)據(jù)可視化在結(jié)論審核和確認(rèn)中的作用和方法。

        (7)研究機(jī)型的控制參數(shù)體系,制定靜態(tài)誤差修正的詳細(xì)工作流程和技術(shù)措施,最終實(shí)現(xiàn)機(jī)組發(fā)電量提升。

        3.4 效果驗(yàn)證方案

        偏航對(duì)風(fēng)靜態(tài)誤差修正后的效果可以用風(fēng)電機(jī)組發(fā)電能力對(duì)比的方式,具體實(shí)施步驟如下。

        ①采用修正前機(jī)組功率曲線1 與標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)速計(jì)算該機(jī)組等效年發(fā)電量(AEP1);

        ②修正運(yùn)行1 個(gè)月后,計(jì)算機(jī)組功率曲線2 與標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)速對(duì)應(yīng)的等效年發(fā)電量(AEP2);

        ③計(jì)算AEP1 與AEP2 的偏差比例K=(AEP2-AEP1)/AEP1;

        ④K 作為修正后機(jī)組提高電量比例。

        3.5 優(yōu)化效果

        對(duì)風(fēng)電場(chǎng)24 臺(tái)風(fēng)機(jī)偏航對(duì)風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化,分析機(jī)組的偏航對(duì)風(fēng)靜態(tài)誤差平均值為10°,經(jīng)算法修正后平均提升發(fā)電量2.6%。

        4 結(jié)語(yǔ)

        在現(xiàn)有風(fēng)資源基礎(chǔ)上,持續(xù)提升風(fēng)場(chǎng)風(fēng)機(jī)發(fā)電能力是經(jīng)濟(jì)運(yùn)行重點(diǎn)工作,湖口公司下一步將進(jìn)行齒輪箱、發(fā)電機(jī)等性能優(yōu)化。

        湖口公司綜合監(jiān)控分析系統(tǒng)的應(yīng)用,以最低的投資,實(shí)現(xiàn)管理創(chuàng)新的同時(shí),提高了低效風(fēng)機(jī)發(fā)電能力,提高風(fēng)機(jī)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行水平,值得小規(guī)模新能源企業(yè)參考實(shí)施。

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