孫承婧，毛振攀

（中國(guó)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(guó)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(chǎng)站陸續(xù)投入運(yùn)營(yíng)，場(chǎng)站運(yùn)維管理也逐漸暴露出越來(lái)越多的問(wèn)題。設(shè)備可靠性統(tǒng)計(jì)分析除了能反映目前公司設(shè)備運(yùn)行管理情況，還能在一定程度上為后續(xù)新建項(xiàng)目機(jī)組選型提供重要的參考數(shù)據(jù)。

2 統(tǒng)計(jì)狀態(tài)分類

風(fēng)力發(fā)電設(shè)備可靠性統(tǒng)計(jì)主要分為風(fēng)電機(jī)組的可靠性統(tǒng)計(jì)評(píng)價(jià)和風(fēng)電場(chǎng)的可靠性統(tǒng)計(jì)評(píng)價(jià)。其中，風(fēng)電機(jī)組可靠性統(tǒng)計(jì)評(píng)價(jià)范圍以風(fēng)電機(jī)組出口主開(kāi)關(guān)為界，包括風(fēng)輪、傳動(dòng)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(chǎng)可靠性統(tǒng)計(jì)評(píng)價(jià)范圍包括風(fēng)電場(chǎng)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(jì)的狀態(tài)分類與風(fēng)電場(chǎng)可靠性統(tǒng)計(jì)的狀態(tài)分類因統(tǒng)計(jì)對(duì)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(píng)價(jià)規(guī)程（試行）》[1]（電可發(fā)〔2004〕4 號(hào)）中可靠性統(tǒng)計(jì)的狀態(tài)分類如圖1 所示。

更新后的狀態(tài)分類圖重點(diǎn)對(duì)計(jì)劃停運(yùn)進(jìn)行了進(jìn)一步細(xì)化和分類，計(jì)劃停運(yùn)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(duì)于風(fēng)電機(jī)組而言，計(jì)劃停運(yùn)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(kāi)展工作前處于可正常運(yùn)行狀態(tài)，故在可靠性統(tǒng)計(jì)分析時(shí)歸為可用狀態(tài)。而對(duì)于風(fēng)電場(chǎng)而言，因?yàn)榭紤]不同容量大小的場(chǎng)站，定期檢修維護(hù)的時(shí)長(zhǎng)存在不同差距，若全部認(rèn)定為不可用狀態(tài)，會(huì)對(duì)場(chǎng)站可靠性的判定帶來(lái)影響，故定期維護(hù)與檢修期間風(fēng)電場(chǎng)應(yīng)歸為可用狀態(tài)。經(jīng)過(guò)調(diào)整以后的風(fēng)電機(jī)組和風(fēng)電場(chǎng)的可靠性統(tǒng)計(jì)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(jì)狀態(tài)分類圖

3 風(fēng)力發(fā)電設(shè)備可用系數(shù)計(jì)算方法

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

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

圖4 更新后風(fēng)電場(chǎng)可靠性統(tǒng)計(jì)狀態(tài)分類圖

3.1 風(fēng)電機(jī)組可用系數(shù)計(jì)算

針對(duì)風(fēng)電機(jī)組的可用系數(shù)AF 計(jì)算，在《風(fēng)力發(fā)電設(shè)備可靠性評(píng)價(jià)規(guī)程（試行）》中給出了明確的計(jì)算公式，計(jì)算方式如下：

其中，可用小時(shí)，主要包含運(yùn)行小時(shí)和備用小時(shí)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(jì)狀態(tài)分類，可用小時(shí)應(yīng)包含運(yùn)行小時(shí)、備用小時(shí)以及計(jì)劃停運(yùn)小時(shí)3 部分。統(tǒng)計(jì)期間小時(shí)指風(fēng)力發(fā)電設(shè)備處于在使用狀態(tài)下統(tǒng)計(jì)評(píng)價(jià)需要選取的給定時(shí)間小時(shí)數(shù)。

式（1）為單臺(tái)機(jī)組的可用系數(shù)計(jì)算方式，主要反映的是單臺(tái)機(jī)組的可用時(shí)間占比。為方便給新建場(chǎng)站機(jī)組的選型提供重要數(shù)據(jù)依據(jù)和參考，場(chǎng)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(chǎng)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(jì)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?duì)最優(yōu)選擇。這種統(tǒng)計(jì)如果采取人工計(jì)算的方式，工作量極大且容易出錯(cuò)，因此，建議搭建相應(yīng)信息化管理系統(tǒng)，通過(guò)融合云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)及人工智能技術(shù)對(duì)相關(guān)海量數(shù)據(jù)有效利用及深度挖掘，實(shí)現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)智能分析和可用系數(shù)自動(dòng)計(jì)算功能。

3.2 風(fēng)電場(chǎng)可用系數(shù)計(jì)算

針對(duì)風(fēng)電場(chǎng)的可用系數(shù)計(jì)算，主要按機(jī)組的容量加權(quán)平均值計(jì)算，計(jì)算方式如下：

式中，AFs為風(fēng)電場(chǎng)可用系數(shù)；AH1為機(jī)組可用小時(shí)，主要包含運(yùn)行小時(shí)、備用小時(shí)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(jì)狀態(tài)分類，可用小時(shí)應(yīng)包含運(yùn)行小時(shí)、備用小時(shí)以及計(jì)劃停運(yùn)小時(shí)3 部分；GMC 為毛裝機(jī)容量，即發(fā)電機(jī)組在給定時(shí)間內(nèi)能夠連續(xù)承載的最大容量；PH 為統(tǒng)計(jì)期間小時(shí)數(shù)。

風(fēng)電場(chǎng)可用系數(shù)反應(yīng)的是風(fēng)電場(chǎng)整體運(yùn)維情況，無(wú)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(chǎng)運(yùn)維情況的考核指標(biāo)，風(fēng)電場(chǎng)可用系數(shù)還需要結(jié)合場(chǎng)站的運(yùn)行年份等，經(jīng)過(guò)系數(shù)折算后再對(duì)場(chǎng)站之間進(jìn)行橫向?qū)Ρ?。一般風(fēng)電場(chǎng)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(huì)相對(duì)較高，6～7 年因機(jī)組剛進(jìn)入非質(zhì)保期運(yùn)行，可用系數(shù)會(huì)有所降低，8 年之后隨著場(chǎng)站人員的運(yùn)維水平的提高，可用系數(shù)會(huì)進(jìn)入一個(gè)相對(duì)平穩(wěn)的狀態(tài)。

風(fēng)電場(chǎng)可用系數(shù)進(jìn)行考核計(jì)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(chǎng)運(yùn)維情況時(shí)使用。A為針對(duì)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(jì)算，需要結(jié)合大量歷史數(shù)據(jù)、風(fēng)電場(chǎng)所處地理環(huán)境、氣象資源等因素綜合測(cè)算后得出。

綜上所述，風(fēng)力發(fā)電設(shè)備可靠性的統(tǒng)計(jì)與分析對(duì)于評(píng)價(jià)和考核場(chǎng)站設(shè)備運(yùn)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(jià)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(jì)分析涉及數(shù)據(jù)量龐大，計(jì)算任務(wù)繁重，通過(guò)人工計(jì)算和分析存在較大困難，后續(xù)可通過(guò)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(tái)及智能分析應(yīng)用來(lái)實(shí)現(xiàn)高效分析及應(yīng)用。