基于SCADA数据的风力机可靠性分析与维修决策优化
发布时间：2020-10-14 23:18
近年来,我国风电产业发展迅速,目前风电装机容量连续多年位居世界第一。但是,由于国内风电产业起步较晚,前期技术落后,早期生产的风力机在设计和制造工艺等方面存在众多缺陷。早期投产的国产风力机质保期陆续结束,可靠性偏低等问题凸显,严重制约了我国风电产业的健康发展。本文基于江苏省某风电场现场运行数据,分析国产风力机的可靠性特征,研究风力机单部件和多部件维修优化问题。论文主要工作如下:(1)以某批次国产风力机为对象,采用数据挖掘技术分析风力机SCADA数据,计算故障率、故障间隔时间和可用度,评估国产风力机可靠性指标,并与国外风力机做对比分析。采用时间序列分析方法,研究环境温度和风力机故障率的相关性。结果表明:风力机在高温和严寒天气时故障率偏高,其可靠性具有明显的季节性特征。(2)研究风力机单部件维修优化问题。分析最小维修、不完全维修和更换对部件有效年龄的影响;将部件单个更换周期划分为若干维护期,以部件更换周期内单位时间维护成本最低为目标,以维护期个数和维护期长度为变量,考虑各类维护成本、停机损失和固定成本,建立可用度约束条件下的风力机单部件顺序维修优化模型。采用内点法和枚举法求解模型,并结合算例分析,验证模型有效性。研究结果表明:与传统的定期维修和顺序维修相比,本文提出的模型可以更合理地确定部件的维修间隔。(3)研究风力机多部件维修优化问题。设定部件有效年龄的维修阈值,考虑季节变化对部件故障率的影响,以风力机设计寿命内总成本最低为目标,以部件维修阈值为变量,建立风力机多部件机会维修优化模型。采用遗传算法对模型进行求解,并结合算例分析,验证模型有效性。研究结果表明:该模型可以根据部件固有的可靠性与维修性特征,给出最优维修方案。本文基于风电场现场SCADA数据,评估国产风力机可靠性,考虑环境温度对风力机故障率的影响,分析风力机及其零部件可靠性的季节性特征。考虑可用度和部件有效年龄增长规律,研究风力机单部件顺序维修优化问题;考虑季节变化对风力机故障率的影响,研究风力机多部件机会维修优化问题。上述研究内容围绕国产风力机可靠性评估和维修决策,为风电场维修计划的制定提供了理论依据。
【学位单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TM315
【部分图文】：
第一章 绪论第一章 绪论1.1风电产业的历史及现状1.1.1风力发电的背景分析能源是人类维持生存和进行社会活动的重要物质基础，也是社会发展的源泉和动力。目前，能源问题已经成为国际社会关注的焦点[1]。近年来，科学技术的发展使得能效（energy efficiency）大大提升，能源强度（energy intensity，即生产一单位 GDP 所消耗的能源量）以前所未有的速度逐步下降，在一定程度上放缓了能源需求总量的增长速度[2]。但是，能源需求的总量仍在不断上升。根据国际能源署（International EnergyAgency，IEA）的预测：到 2030 年，每年世界能源消费总量都将增加 1.6%[3]。我国是世界第一大能源消费国，经济的快速发展对能源供应与保障提出了很高要求。长期以来，化石能源（fossil energy）在我国能源结构中占主导地位[4]。图 1-1 所示为 2016 年世界主要能源消费国的一次能源消费情况。
第一章 绪论第一章 绪论1.1风电产业的历史及现状1.1.1风力发电的背景分析能源是人类维持生存和进行社会活动的重要物质基础，也是社会发展的源泉和动力。目前，能源问题已经成为国际社会关注的焦点[1]。近年来，科学技术的发展使得能效（energy efficiency）大大提升，能源强度（energy intensity，即生产一单位 GDP 所消耗的能源量）以前所未有的速度逐步下降，在一定程度上放缓了能源需求总量的增长速度[2]。但是，能源需求的总量仍在不断上升。根据国际能源署（International EnergyAgency，IEA）的预测：到 2030 年，每年世界能源消费总量都将增加 1.6%[3]。我国是世界第一大能源消费国，经济的快速发展对能源供应与保障提出了很高要求。长期以来，化石能源（fossil energy）在我国能源结构中占主导地位[4]。图 1-1 所示为 2016 年世界主要能源消费国的一次能源消费情况。
3图 1-2 2001~2017 年全球风电装机容量增长情况从图 1-2 可以看出，虽然近年来风电装机容量的年增长率有所下降，但是风电装机容量仍在不断上升，目前世界风电装机总量已经达到 540GW。根据欧洲风能协会（European Wind EnergyAssociation，EWEA）的预测：到 2030 年，世界风电装机总量将达到 2110GW，风力发电量将占到世界发电总量的 20%，每年可以减少排放二氧化碳 33 亿吨[15]。我国风能资源丰富，可开发利用的风能储量约为 10 亿 kW
【参考文献】
本文编号：2841337
【学位单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TM315
【部分图文】：
第一章 绪论第一章 绪论1.1风电产业的历史及现状1.1.1风力发电的背景分析能源是人类维持生存和进行社会活动的重要物质基础，也是社会发展的源泉和动力。目前，能源问题已经成为国际社会关注的焦点[1]。近年来，科学技术的发展使得能效（energy efficiency）大大提升，能源强度（energy intensity，即生产一单位 GDP 所消耗的能源量）以前所未有的速度逐步下降，在一定程度上放缓了能源需求总量的增长速度[2]。但是，能源需求的总量仍在不断上升。根据国际能源署（International EnergyAgency，IEA）的预测：到 2030 年，每年世界能源消费总量都将增加 1.6%[3]。我国是世界第一大能源消费国，经济的快速发展对能源供应与保障提出了很高要求。长期以来，化石能源（fossil energy）在我国能源结构中占主导地位[4]。图 1-1 所示为 2016 年世界主要能源消费国的一次能源消费情况。
第一章 绪论第一章 绪论1.1风电产业的历史及现状1.1.1风力发电的背景分析能源是人类维持生存和进行社会活动的重要物质基础，也是社会发展的源泉和动力。目前，能源问题已经成为国际社会关注的焦点[1]。近年来，科学技术的发展使得能效（energy efficiency）大大提升，能源强度（energy intensity，即生产一单位 GDP 所消耗的能源量）以前所未有的速度逐步下降，在一定程度上放缓了能源需求总量的增长速度[2]。但是，能源需求的总量仍在不断上升。根据国际能源署（International EnergyAgency，IEA）的预测：到 2030 年，每年世界能源消费总量都将增加 1.6%[3]。我国是世界第一大能源消费国，经济的快速发展对能源供应与保障提出了很高要求。长期以来，化石能源（fossil energy）在我国能源结构中占主导地位[4]。图 1-1 所示为 2016 年世界主要能源消费国的一次能源消费情况。
3图 1-2 2001~2017 年全球风电装机容量增长情况从图 1-2 可以看出，虽然近年来风电装机容量的年增长率有所下降，但是风电装机容量仍在不断上升，目前世界风电装机总量已经达到 540GW。根据欧洲风能协会（European Wind EnergyAssociation，EWEA）的预测：到 2030 年，世界风电装机总量将达到 2110GW，风力发电量将占到世界发电总量的 20%，每年可以减少排放二氧化碳 33 亿吨[15]。我国风能资源丰富，可开发利用的风能储量约为 10 亿 kW
【参考文献】
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本文编号：2841337
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