基于马尔可夫过程的风力发电系统可靠性分析与检修优化研究

发布时间：2017-05-04 02:04

  本文关键词：基于马尔可夫过程的风力发电系统可靠性分析与检修优化研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：近年来,世界各国风电产业迅速发展,风电已成为清洁能源电力领域中不可或缺的重要力量。随着大型风电机组结构、运行工况及环境的复杂化,风力发电系统的故障率日趋升高。风电场传统维护方式的不足也逐渐显露,使得风电系统可靠性难以得到有效保证,风电场的可利用率不高。针对风力发电系统可靠性量化评估及运行维护存在的问题,本文开展了对风力发电系统的可靠性分析与检修策略优化研究,具体研究工作如下:首先,对双馈风力发电系统运行原理及故障机制进行了分析,对部件主要故障类型进行了归类,提出了一种基于故障树分析的风电系统可靠性跟踪和薄弱环节的辨识方法。基于系统结构和故障树分析理论建立了风力发电系统的故障树评估模型,并采用故障树中的最小割集法对系统可靠性进行了定量评估。通过运用故障树可靠性跟踪准则及跟踪算法,计算得到风力发电系统部件的不可靠性指标与各个元件间的直接分摊关系,并给出了发电系统可靠性的改善措施。其次,建立了双馈风力发电系统中主要部件的可靠性模型,考虑到系统部件之间运行不完全独立的情况,提出了一种基于可靠性理论的风力发电系统有向网络马尔可夫可靠性模型。利用系统的状态转移关系确立了风力发电系统的状态转移图,进而运用马尔可夫过程方法对系统的可靠性进行了全面分析。给出了系统各种瞬态和稳态指标的表达式,通过实例深入探讨了部件的故障率、修复率变化对系统可用度的影响。最后,对双馈风力发电系统故障状态和运行状态之间的相互转移过程进行了分析,建立了双馈风力发电系统的可靠性模型。考虑了检测状态以及检测时间对系统可用度的影响,利用半马尔可夫过程建立了风力发电系统的全面修复模型。在综合考虑发电系统可靠性和经济性的基础上,对系统的检修时间和检修策略进行优化。通过算例分析表明该优化策略能显著减少风电行业全寿命周期维护成本,提高电力企业的运行效率。
【关键词】：风力发电系统 马尔可夫过程 可靠性分析 优化检修 可用度
【学位授予单位】：上海电机学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM614
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-12
• 第一章 绪论12-24
• 1.1 课题背景及意义12-15
• 1.1.1 课题背景12-14
• 1.1.2 课题意义14-15
• 1.2 国内外研究现状15-21
• 1.2.1 风电机组可靠性研究现状15-17
• 1.2.2 风电机组状态维修研究现状17-21
• 1.3 风电机组维护策略存在的问题21-22
• 1.4 本文的主要研究工作22-24
• 第二章 可靠性分析评估及检修的基础理论24-38
• 2.1 可靠性分析相关理论24-31
• 2.1.1 可靠性基础理论概念24-25
• 2.1.2 可靠性常用指标25-29
• 2.1.3 典型系统可靠性分析29-31
• 2.2 故障树分析法31-34
• 2.2.1 故障树建造31-32
• 2.2.2 故障树评估32-34
• 2.3 状态检修策略相关理论34-37
• 2.3.1 状态检修基本概念34
• 2.3.2 马尔可夫过程理论34-36
• 2.3.3 马尔可夫过程的状态图模型36-37
• 2.4 本章小结37-38
• 第三章 基于故障树分析的风力发电系统可靠性跟踪方法38-49
• 3.1 风力发电机组的结构及故障分析38-43
• 3.1.1 风电机组的主要结构38-40
• 3.1.2 风力发电系统故障机制分析40-42
• 3.1.3 风力发电系统故障函数模型42-43
• 3.2 风力发电系统故障树建造43-44
• 3.2.1 双馈发电机故障树建造43
• 3.2.2 风电变流器故障树建造43-44
• 3.3 故障树可靠性跟踪44-46
• 3.3.1 故障树可靠性跟踪准则44-45
• 3.3.2 故障树可靠性跟踪算法45-46
• 3.4 可靠性跟踪算例分析46-48
• 3.5 本章小结48-49
• 第四章 基于马尔可夫模型的风力发电系统可靠性分析49-58
• 4.1 风力发电部件的可靠性模型49-50
• 4.2 风力发电系统可靠性分析模型50-51
• 4.3 风力发电系统可靠性指标51-53
• 4.3.1 系统可靠性的瞬时指标51-52
• 4.3.2 系统可靠性的稳态指标52-53
• 4.4 实例计算及影响因素分析53-57
• 4.4.1 数据处理及结果53-55
• 4.4.2 相关因素分析55-57
• 4.5 本章小结57-58
• 第五章 基于半马尔可夫过程的风力发电系统检修策略优化58-79
• 5.1 半马尔可夫过程的应用58-60
• 5.1.1 半马尔可夫过程58-59
• 5.1.2 半马尔可夫过程计算59-60
• 5.2 风力发电系统可靠性建模60-62
• 5.3 检修策略的优化62-70
• 5.3.1 检修数学模型概述62-63
• 5.3.2 改进型状态检修模型63-67
• 5.3.3 策略迭代算法67-70
• 5.4 算例分析70-77
• 5.4.1 基于检修间隔的优化70-72
• 5.4.2 模型参数灵敏度分析72-76
• 5.4.3 基于维修策略的优化76-77
• 5.5 风力发电系统维护管理方面的建议77-78
• 5.6 本章小结78-79
• 第六章 结论与展望79-82
• 6.1 本文研究工作总结79-80
• 6.2 后续研究工作展望80-82
• 参考文献82-88
• 致谢88-89
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果89

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