數據挖掘下的風力發電機組運行管理方式

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關鍵詞：風力發電機組；風場穩定性：運行數據

引言

從2006年開始，在國家出臺鼓勵政策的背景下，中國的風電發電行業進入高速發展時代。經過十幾年的開發，截至到2019年底，國內總裝機容量超過250GW，裝機臺數接近20萬臺。在快速發展的同時，風機的整體健康狀況并不理想，倒塌、飛車失火等重大設備故障時有發生，風機故障多發、可利用率偏低這種情況比較普遍，經營指標明顯偏離項目可研指標，有的項目甚至運行之日即成虧損之時的狀態，這嚴重影響了投資方的經營效益，阻礙了行業的良性發展。充分發揮已建成風電項目的收益，提高或優化達到項目投資指標而增加的效益體量甚大，不容小覷。本文通過基于歷史運行數據挖掘的風力發電機組運行管理方式，提高可靠性，增加風機壽命。

1風機壽命非正常快速劣化原因

風機健康水平在其設計壽命年限內（20~25年）非正常快速劣化的狀況，最根本的原因，是行業各方的能力提升速度沒能跟上裝機的速度。

1.1行業標準

行業在發展的過程中，出臺了涵蓋從風電前期機組設計、項目開發到后期生產管理的大量國家標準、行業標準和企業標準，但由于行業開發時間較短，行業自身缺乏深度理解，很多標準是參照國外標準編制，而由于國情不同，標準的合理性和準確性存在一些漏洞；另外，由于行業快速發展，在標準的執行過程中也出現各種偏差。一些機型沒有經過樣機嚴格的形式試驗、改進優化，就大批量進行入市場；風機的運行維護規范，現場執行嚴重不足；運行管理全員管發電量等等。

1.2設計能力

國內的風機制造商，其技術發展基本是“引進——聯合設計——自主研發”或者“引進——自主研發”兩條路線。在行業發展早期，很多整機商，從技術引進到批量只用了兩三年時間，很多設備選型、工藝規范、施工質量等問題均未在工廠得到充分解決，完全暴露在風場現場。行業“極速”發展的另一個表現是：每個主流廠家一年最少出一款新機型。更有追求大直徑只加長葉片，不升級變槳系統等重要部件，背離了設計原則，給風機運行帶來嚴重安全隱患和壽命的不可逆狀態。機型更新換代太快，這導致主機廠的設計能力基本投入到新機型的研發，沒有多少技術力量去處理前一代機問題，沒有達到持續改進長久發展目的；而且，由于老機型已基本退出市場，廠家也沒有了再投入進行改進的積極性。另一方面是針對具體項目的個性化設計問題。風機廠家會針對不同地理條件、氣候及風況特征的機型等因素設計和選擇適合機型。在做項目可研設計時，也會針對具體項目的情況，確定選定機型的單機容量、葉輪直徑、塔筒高度。但是，同一地理/氣候特性區域的項目與項目之間，甚至同一項目的機位與機位之間，其微觀工況是存在差異的，如要實現最優化運行的目標，必須進行進一步的控制策略優化，實際情況是目前基本沒有哪個廠家進行這項工作。

1.3供應鏈配套能力

作為風機廠的配套廠商，供應鏈的情況基本與風機廠的狀況一樣，被動地跟隨，在設計、測試等主要環節缺少必要的驗證。降本增效成了風機低配置的障礙。同時，由于產品更新換代太快，備品備件的有效供應也成了制約維持風機保持健康狀態的一大因素。

1.4運行管理能力

目前，參與風電運行管理的有投資方、風機廠和一些獨立第三方。一個合格的風電現場技術人員，至少要經過四五年以上的全方位培訓和現場鍛煉，但是每年新增1萬臺機組、新機型不斷迭代更新、一個同一機型的主要部件有多種配置、機組運行不穩定等因素，造成合格現場技術人員的培養遠遠不能滿足現場的實際需要。被動性故障處理成了現場設備管理的主要工作；而保障設備健康最基本的措施——預防性的各項保養、測試工作，被輕視，大力擠壓維護時間、風機維護走過場，導致了風機健康水平的進一步下降。綜上因素，再結合風機價格、服務價格連年大幅度下降所帶來的質量下降隱憂，目前在現場運行的風機健康情況更是讓人擔心。設備的不健康，必然導致投資方的發電收入下降，人工、物料等消耗上升，經營效益受損。

2數據挖掘

拋開標準、設計、供應鏈等風電場建設前的原因，本文將從風機日常運行管理的角度，探討改善已投產風電機組運行情況的方法。

2.1主要目標

風機運行過程中，產生大量的運行數據，如I/O記錄、故障記錄、累積功率曲線等。站在更長的時間維度，對風機的歷史運行數據進行分析，綜合評估每臺風機的狀況，尋找和確定影響風機穩定性、使用壽命和發電量的原因，并針對性地進行管理改進和技術改進。

2.2技術路線

應用數據分析的基本辦法，從宏觀到微觀，按“全場概覽”——“單機狀況”——“部套狀況”——“單故障表現”的順序進行逐級分析，然后形成從微觀到宏觀的“單機”和“風場”級的結論匯總呈現，并給出建議。

2.2.1數據源（1）風場機型的Excel或Word版故障代碼手冊；（2）年度故障和報警數據統計表；（3）年度運行指標統計表；（4）年度的月度發電量統計表；（5）年度的功率曲線及此機型在本風場的動態標準功率曲線；（6）項目的可行性研究報告。

2.2.2分析流程（1）數據有效性分析。確定數據源的的有效性，確保分析結果準確。（2）建立數據相關性模型和分析結果輸出內容清單和模板；（3）數據錄入、分析，形成結論匯總報告；（4）針對結論提出改進意見。

2.2.3部分結果呈現（1）全場概況各風機故障總、次數對比和各風機故障停機時間對比如圖1、2所示。（2）部套分布部套分布如圖3所示。（3）子故障狀態故障狀態如圖4所示。

3結束語

通過實施本管理方式，可以達到以下效果：（1）確定影響風場穩定性的主要機組、部件和故障，針對性地進行排除，提高風機可靠性，減少風機故障停機次數。（2）確定影響風機疲勞載荷的主要故障，加以排除，保障風機的使用壽命。（3）確定影響風電場運行管理效果的管理因素，加以改進，達到精細化運維管理，提升管理成效的結果。

參考文獻：

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作者：莊旭彬 單位：汕頭福澳風力發電公司