风力机状态可靠性评估及维修策略优化
发布时间：2021-06-23 20:00
能源需求不断增长,环境危机日趋严峻,我国过度依赖煤炭和石油的能源消费结构已不适用于当今社会的可持续发展,风能作为一种清洁环保的可再生能源引起了广泛关注。风力发电技术成熟,成本较低,但存在机组故障率高、设备达不到设计寿命、风场运维成本过高等问题,制约了风力发电的发展。因此本文基于机组的小样本运行数据,开展了部件的可靠性分析、机会维修策略优化两方面的工作。第一,针对大型风力机组设备缺乏大量历史运行统计数据的问题,本文提出了一种考虑性能退化的改进隐马尔可夫可靠性评估方法。该方法根据风力机运行特性参数监测数据提取设备性能退化规律,并利用退化规律对隐马尔可夫模型进行改进,获得具有退化特性的时序状态转移概率矩阵,通过改进隐马尔可夫模型计算得到设备的状态概率,获得可靠性曲线,实现基于小样本数据的风力机部件可靠性分析。基于风力机发电机的性能指标数据进行可靠性评估,将改进前与改进后的状态概率以及可靠性评估结果进行对比,结果证明改进后的隐马尔可夫模型计算得到的可靠性曲线与性能退化趋势更加吻合。第二,由于风力机故障率高导致风场运维成本较高,本文建立了基于状态可靠性的风力机组机会维修策略优化模型。根据改进隐马...
【文章来源】：华中科技大学湖北省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：66 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
风力机主要部件失效频率分布
雾霾等问题制约社会发展，危害人类身体健康[3]。在能源危机和环境危机的双重压力下，推动清洁、可再生能源的发展势在必行。风电技术较为成熟，成本不断下降，应用广泛，发展风电是我国深入推进能源生产、促进大气污染防治的重要手段。根据全球风能理事会（Global Wind Energy Council）在年度风能报告中公布的数据[4]，截止 2017 年底，全世界风能的总装机量为 539.1GW，我国风电的总装机容量为188.4GW，占全球总容量 35%，是世界上目前最大的风电生产国和消费国。然而 1986年中国才建成第一个商用的风电场，2003 年才开始发展兆瓦级的风电机组[5]。在这种风力机的设计周期短的背景下，中国的风电容量却增长极快，致使大多数中国风电运营商缺乏风电运营相关经验[6]。根据国家能源局统计，2018 年全国风电平均利用小时数仅为 2095 小时，全年弃风电量达到 277 亿千瓦时[7]。风力机平均利用小时数短的主要原因之一是风力机部件故障频发，根据图 1-1[8]与图 1-2[8]所示，风力机的多个主要部件故障率高，且齿轮箱、发电机、电气系统的维修更换导致较长的停机时间。
中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文升，设备进入退化期。从可靠性的角度分析，退化期的设备性实反映了设备性能的退化规律。而设备磨合初期短暂高故障率率，这两个阶段的数据量大，且不能为设备性能退化规律提供削弱性能退化期数据的信息。因此，本文将仅选取退化期的数分析。
【参考文献】：
期刊论文
[1]中国的能源回弹效应及其对实现“十三五”节能目标的影响[J]. 庞军,龚亚珍,石媛昌,李梓瑄. 中国环境科学. 2018(05)
[2]气象舒适条件对呼吸系统疾病的影响[J]. 马盼,王式功,尚可政,黎檀实,尹岭. 中国环境科学. 2018(01)
[3]风电机组的状态–机会维修策略[J]. 赵洪山,张健平,高夺,张路朋. 中国电机工程学报. 2015(15)
[4]基于模型的风电机组变桨距系统故障检测[J]. 赵洪山,连莎莎,邵玲. 电网技术. 2015(02)
[5]基于可靠度的风电机组预防性机会维修策略[J]. 赵洪山,张路朋. 中国电机工程学报. 2014(22)
[6]基于趋势预测的大型风电机组运行状态模糊综合评价[J]. 肖运启,王昆朋,贺贯举,孙燕平,杨锡运. 中国电机工程学报. 2014(13)
[7]基于BP神经网络的风电机组发电机状态监测研究[J]. 宋谷月,王滨,刘博睿. 吉林电力. 2012(05)
[8]基于机会策略的复杂系统视情维修决策模型[J]. 程志君,杨征,谭林. 机械工程学报. 2012(06)
[9]随机风载作用下风力发电机齿轮传动系统动态可靠性分析[J]. 秦大同,周志刚,杨军,陈会涛. 机械工程学报. 2012(03)
[10]基于半马尔科夫决策过程的风力机状态维修优化[J]. 苏春,周小荃. 机械工程学报. 2012(02)
博士论文
[1]风力发电机齿轮传动系统随机振动分析及动力可靠性概率优化设计[D]. 陈会涛.重庆大学 2012
[2]随机风作用下风力发电机齿轮传动系统动力学及动态可靠性研究[D]. 周志刚.重庆大学 2012
[3]小样本条件下风电齿轮传动系统动态可靠性预测方法[D]. 陈涛.大连理工大学 2012
硕士论文
[1]风电机组的状态机会维修策略[D]. 张路朋.华北电力大学 2015
[2]水平轴风力机叶片有限元建模及仿真[D]. 马骏腾.南京航空航天大学 2012
[3]兆瓦级风力发电机齿轮传动系统的动力学特性和可靠性研究[D]. 唐飞熊.重庆大学 2011
[4]变风载下变速风力发电机传动系统的可靠性评估与动力学特性研究[D]. 李超.重庆大学 2011
[5]兆瓦级风力发电机监测与故障诊断系统设计[D]. 彭镭.湖南大学 2010
[6]基于响应面法的风力机叶片强度可靠性分析[D]. 赵峰.华北电力大学（河北） 2010
[7]风力机可靠性的研究[D]. 张锦源.汕头大学 2006
本文编号：3245566
【文章来源】：华中科技大学湖北省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：66 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
风力机主要部件失效频率分布
雾霾等问题制约社会发展，危害人类身体健康[3]。在能源危机和环境危机的双重压力下，推动清洁、可再生能源的发展势在必行。风电技术较为成熟，成本不断下降，应用广泛，发展风电是我国深入推进能源生产、促进大气污染防治的重要手段。根据全球风能理事会（Global Wind Energy Council）在年度风能报告中公布的数据[4]，截止 2017 年底，全世界风能的总装机量为 539.1GW，我国风电的总装机容量为188.4GW，占全球总容量 35%，是世界上目前最大的风电生产国和消费国。然而 1986年中国才建成第一个商用的风电场，2003 年才开始发展兆瓦级的风电机组[5]。在这种风力机的设计周期短的背景下，中国的风电容量却增长极快，致使大多数中国风电运营商缺乏风电运营相关经验[6]。根据国家能源局统计，2018 年全国风电平均利用小时数仅为 2095 小时，全年弃风电量达到 277 亿千瓦时[7]。风力机平均利用小时数短的主要原因之一是风力机部件故障频发，根据图 1-1[8]与图 1-2[8]所示，风力机的多个主要部件故障率高，且齿轮箱、发电机、电气系统的维修更换导致较长的停机时间。
中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文升，设备进入退化期。从可靠性的角度分析，退化期的设备性实反映了设备性能的退化规律。而设备磨合初期短暂高故障率率，这两个阶段的数据量大，且不能为设备性能退化规律提供削弱性能退化期数据的信息。因此，本文将仅选取退化期的数分析。
【参考文献】：
期刊论文
[1]中国的能源回弹效应及其对实现“十三五”节能目标的影响[J]. 庞军,龚亚珍,石媛昌,李梓瑄. 中国环境科学. 2018(05)
[2]气象舒适条件对呼吸系统疾病的影响[J]. 马盼,王式功,尚可政,黎檀实,尹岭. 中国环境科学. 2018(01)
[3]风电机组的状态–机会维修策略[J]. 赵洪山,张健平,高夺,张路朋. 中国电机工程学报. 2015(15)
[4]基于模型的风电机组变桨距系统故障检测[J]. 赵洪山,连莎莎,邵玲. 电网技术. 2015(02)
[5]基于可靠度的风电机组预防性机会维修策略[J]. 赵洪山,张路朋. 中国电机工程学报. 2014(22)
[6]基于趋势预测的大型风电机组运行状态模糊综合评价[J]. 肖运启,王昆朋,贺贯举,孙燕平,杨锡运. 中国电机工程学报. 2014(13)
[7]基于BP神经网络的风电机组发电机状态监测研究[J]. 宋谷月,王滨,刘博睿. 吉林电力. 2012(05)
[8]基于机会策略的复杂系统视情维修决策模型[J]. 程志君,杨征,谭林. 机械工程学报. 2012(06)
[9]随机风载作用下风力发电机齿轮传动系统动态可靠性分析[J]. 秦大同,周志刚,杨军,陈会涛. 机械工程学报. 2012(03)
[10]基于半马尔科夫决策过程的风力机状态维修优化[J]. 苏春,周小荃. 机械工程学报. 2012(02)
博士论文
[1]风力发电机齿轮传动系统随机振动分析及动力可靠性概率优化设计[D]. 陈会涛.重庆大学 2012
[2]随机风作用下风力发电机齿轮传动系统动力学及动态可靠性研究[D]. 周志刚.重庆大学 2012
[3]小样本条件下风电齿轮传动系统动态可靠性预测方法[D]. 陈涛.大连理工大学 2012
硕士论文
[1]风电机组的状态机会维修策略[D]. 张路朋.华北电力大学 2015
[2]水平轴风力机叶片有限元建模及仿真[D]. 马骏腾.南京航空航天大学 2012
[3]兆瓦级风力发电机齿轮传动系统的动力学特性和可靠性研究[D]. 唐飞熊.重庆大学 2011
[4]变风载下变速风力发电机传动系统的可靠性评估与动力学特性研究[D]. 李超.重庆大学 2011
[5]兆瓦级风力发电机监测与故障诊断系统设计[D]. 彭镭.湖南大学 2010
[6]基于响应面法的风力机叶片强度可靠性分析[D]. 赵峰.华北电力大学（河北） 2010
[7]风力机可靠性的研究[D]. 张锦源.汕头大学 2006
本文编号：3245566
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