劉欣村，陳磊（國電南瑞科技股份有限公司，江蘇南京　211106）

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基于狀態(tài)碼的風力發(fā)電機組可利用率計算

劉欣村，陳磊
（國電南瑞科技股份有限公司，江蘇南京211106）

KEY W0RDS：wind turbine；re1iabi1ity；avai1abi1ity；status code

摘要：風力發(fā)電機組的可利用率是衡量風力發(fā)電機組可靠性的一個重要指標。目前國內(nèi)使用可利用率計算方法各式各樣，至今沒有統(tǒng)一的標準。提出了一種基于風機現(xiàn)地控制系統(tǒng)狀態(tài)碼處理的可利用率計算方法，通過對狀態(tài)碼可利用屬性的細化，實現(xiàn)了機組可利用率的精確計算。

關(guān)鍵詞：風力發(fā)電機；可靠性；可利用率；狀態(tài)碼

在當今節(jié)能減排的大環(huán)境下，發(fā)展以風能為代表的新能源已是大勢所趨。隨著風電機組裝機容量的增加，業(yè)主對風力發(fā)電機組的可靠性要求也日益提高[1]。機組的可靠性的量化指標可通過可利用率來度量。在風力發(fā)電機組通用技術(shù)條件中，規(guī)定機組年可利用率應(yīng)大于97%[2]。在風力發(fā)電機組驗收規(guī)范中規(guī)定機組可利用率指標應(yīng)符合合同要求，但不應(yīng)小于95%[3]。但這些規(guī)范中，均未對可利用率的具體計算方法進行規(guī)定，數(shù)據(jù)的計算一般由監(jiān)控設(shè)備或風機制造廠商提供[4]。如何通過標準的可利用率的計算方法反應(yīng)風機真實的可靠性水平，是風機制造商和運營商亟待規(guī)范統(tǒng)一的問題。

1　可利用率的計算方法

可利用率是指在規(guī)定時間段內(nèi)，設(shè)備實際可用時間占計劃用時的百分比[5]。可利用率的計算方法為：

式中：Tt為規(guī)定時期的總小時數(shù)；Tem為因維修或故障情況導致風力發(fā)電機組不能運轉(zhuǎn)的小時數(shù)，因外部環(huán)境條件原因?qū)е虏荒軋?zhí)行規(guī)定功能的情況不作為故障處理。Tem的計算公式為：

式中：Te為風機故障停機總小時數(shù)；Tm為非風機制造商責任的停機小時數(shù)，一般包括以下幾類情況：

1）電網(wǎng)故障（電網(wǎng)參數(shù)在技術(shù)規(guī)范范圍之外）。

2）氣象條件（包括風況和環(huán)境溫度）超出技術(shù)規(guī)范規(guī)定的運行范圍。

3）不可抗力。這些情況如有2種或者2種以上同時發(fā)生，只計其中較長一種情況。技術(shù)指標中要求可利用率指標應(yīng)符合合同要求，但不應(yīng)小于95%。

2　風機狀態(tài)碼概述

2.1狀態(tài)碼的基本功能

狀態(tài)碼（status code，SC）是告警（a1arm）和事件（Event）的集合，包含當前控制系統(tǒng)運行的重要信息，為機組安全提供可靠保證[6]。風力發(fā)電機組控制系統(tǒng)的安全可靠性，依賴于狀態(tài)碼為風機主控系統(tǒng)提供足夠必要的信息。狀態(tài)碼應(yīng)提供滿足實際應(yīng)用需求的信息，包括觸發(fā)時間（包含激活和返回兩種類型）、所屬系統(tǒng)、具體描述、異常停機級別、偏航模式、觸發(fā)時風機的主要特征數(shù)據(jù)等[5]。

2.2狀態(tài)碼的基本屬性

管理是最重要的社會活動之一，是指管理主體組織并利用其各個要素，借助管理手段，完成組織目標的過程。眾所周知，大學的根本任務(wù)是培養(yǎng)人才，教學工作是大學經(jīng)常性的中心工作，教學管理在大學管理中占有核心地位。國內(nèi)研究成果中比較有代表性的觀點有：1.教學管理是指根據(jù)一定的目標、原則、程序和方法，對教學活動進行計劃、組織、協(xié)調(diào)、控制[1]。2.教學管理是一門研究教學運行管理的本質(zhì)、思想、內(nèi)容、方法、特點及規(guī)律的科學學科，是研究“以人才培養(yǎng)為中心，以高水平教學質(zhì)量為目標，以科學管理為主線”的教學及其組織管理的客觀規(guī)律與內(nèi)在聯(lián)系的學科[2]。

狀態(tài)碼包含以下幾類基本屬性：運行屬性，顯示屬性和記錄屬性。運行屬性包含了風機運行時狀態(tài)碼的運行信息，包括觸發(fā)條件、復位條件及狀態(tài)碼觸發(fā)后執(zhí)行的相關(guān)操作，表1中列舉了風機狀態(tài)碼中常用的運行屬性。顯示屬性包含了狀態(tài)碼觸發(fā)后在現(xiàn)地HMI和遠程SCADA中的顯示狀態(tài)信息。記錄屬性用于狀態(tài)碼觸發(fā)后對風機狀態(tài)的記錄和統(tǒng)計，本文研究的風機可利用率計算所需要的可用屬性也包含在狀態(tài)碼的記錄屬性中。

表1　狀態(tài)碼的運行屬性Tab. 1 The operatlon property of the status code

2.3狀態(tài)碼的運行機制

狀態(tài)碼的運行過程也就是風機狀態(tài)機的運行過程，風機運行中，風機主控PLC程序會對風機狀態(tài)碼的觸發(fā)條件進行巡檢，當某一狀態(tài)碼滿足觸發(fā)條件被觸發(fā)后，該狀態(tài)碼對應(yīng)的各項運行屬性、顯示屬性和記錄屬性則處于激活狀態(tài)，風機狀態(tài)機根據(jù)狀態(tài)碼屬性和風機當前狀態(tài)執(zhí)行該狀態(tài)碼對應(yīng)的各項運行、顯示和記錄操作。當多個狀態(tài)碼被觸發(fā)時，會有多個運行屬性被同時觸發(fā)，此時需根據(jù)風機當前狀態(tài)和觸發(fā)狀態(tài)碼屬性的優(yōu)先級，按不同操作的運行邏輯，執(zhí)行相應(yīng)的維護、停機、偏航、告警等操作。

3　基于狀態(tài)碼的可利用率計算

3.1計算方法

利用風機狀態(tài)碼可對風機狀態(tài)及故障信息準確描述的特性，可以將風機的狀態(tài)碼按故障特點進行分組，并對每組狀態(tài)碼按照風機在該狀態(tài)下是否可用的特性，定義相應(yīng)的可利用因子Ki，則根據(jù)每一時刻風機所激活的狀態(tài)碼所處的分組及其對應(yīng)的可利用因子，可計算風機的可利用率：

式中：Ki為當前風機觸發(fā)狀態(tài)碼所屬狀態(tài)組的可利用因子；Ti為在該狀態(tài)組所處的時間長度。

3.2狀態(tài)碼分組

3.3多個狀態(tài)碼觸發(fā)的處理

當風機同時有多個狀態(tài)碼被觸發(fā)時，確定當前風機所處的狀態(tài)組的方法一般有2種：優(yōu)先級法和時間戳法[7]。

優(yōu)先級法對每個狀態(tài)組按故障的嚴重程度定義了優(yōu)先級，多個狀態(tài)碼觸發(fā)時，對每個狀態(tài)碼所在的故障組的優(yōu)先級進行比較，選取優(yōu)先級最高的狀態(tài)組作為當前狀態(tài)組。表2中所列的組號即表明了該組的優(yōu)先級，序號越小則優(yōu)先級越高。

時間戳法對每個狀態(tài)碼觸發(fā)的時刻進行記錄，多個狀態(tài)碼觸發(fā)時，以時間戳靠前的狀態(tài)碼所在的狀態(tài)組作為當前狀態(tài)組[8]。

圖1、圖2分別為2種方法在風機主控程序處理中的流程圖，圖中ActiveGrouP即為程序判斷的機組當前狀態(tài)組。GrouPVar和TemPGrouP為程序中間變量。

3.4電網(wǎng)掉電情況下的處理

當外部電網(wǎng)掉電時，風機控制器在UPS供電下可繼續(xù)運行一段時間，此時控制器程序?qū)⒓せ钆c電網(wǎng)掉電相關(guān)的狀態(tài)碼，同時該狀態(tài)碼觸發(fā)的時間會作為掉電保持型變量被記錄下來。在控制器重新上電后可通過讀取保存的狀態(tài)碼觸發(fā)時間來計算該狀態(tài)碼持續(xù)時間，確保可利用率的計算不受機組電網(wǎng)掉電等情況的影響[9]。

表2　風機可利用性分組Tab. 2 Grouplng of the wlnd turblne avallabllltles

圖1　優(yōu)先級法觸發(fā)流程Flg. 1 Avallablllty selects type：prlorlty

圖2　時間戳法觸發(fā)流程Flg. 2 Avallablllty selects type：tlme stamp

4　工程應(yīng)用

本文提出的基于狀態(tài)碼的風力發(fā)電機組可利用率計算方法已成功應(yīng)用于某風電場的東汽機組主控技改項目中。該風電場受限于西北地區(qū)電網(wǎng)環(huán)境，棄風限電情況比較突出，當AGC分配功率指令小于風機正常出力范圍時，通常采用監(jiān)控室對單臺風機執(zhí)行遠程停機操作的辦法限制全場功率。此時原有的風機可利用率計算方法將風機狀態(tài)按不可用統(tǒng)計，使得風機可利用率常常低于85%，與機組實際情況不符，需監(jiān)控室手動進行修正。應(yīng)用了新的可利用率計算方法后，主控程序?qū)ο揠娡C、停電檢修等狀態(tài)定義了專門的狀態(tài)碼及其可利用屬性。經(jīng)過實際運行計算，風機平均可利用率保持在97%以上，與風機的實際狀態(tài)一致，且與監(jiān)控室的手動修正結(jié)果吻合，表明了該計算方法的有效性。

5　結(jié)語

風機可利用率計算方法多種多樣，至今沒有統(tǒng)一的標準，不同計算方法的差異主要表現(xiàn)在對停機原因中因外部環(huán)境條件導致不能執(zhí)行規(guī)定功能的界定存在差異[10]。本文提出的基于現(xiàn)地狀態(tài)碼的可利用率計算方法，通過對狀態(tài)碼中可利用屬性的分類判定，細化了各故障類型下的機組可利用狀態(tài)，提高了可利用率計算值的可信度和精確度。

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劉欣村（1981—），男，碩士，工程師，研究方向為風力發(fā)電及新能源發(fā)電控制技術(shù)。

（編輯董小兵）

Project SuPPorted by Five Nationa1 Science and Techno1ogy SuPPort Program in E1even Countries（2008BAA14B04）.

Wlnd Turblne Avallablllty Calculatlon Based on Status Code

LIU Xincun，CHEN Lei
（NARI Techno1ogy Deve1oPment Co.，Ltd.，Nanjing 211106，Jiangsu，China）

ABSTRACT：The avai1abi1ity of wind turbine is an imPortant indicator to measure the re1iabi1ity of wind turbines. At Present，there are various kinds of methods used to ca1cu1ate the avai1abi1ity in China，but so far there is sti11 no uniform standard. This PaPer ProPoses a ca1cu1ation method for the avai1abi1ity based on the status code of the 1oca1 contro1 system of the wind turbine，and the exact ca1cu1ation of the avai1abi1ity of the wind turbine is rea1ized through refinement of usab1e attributes of the status cod.

作者簡介：

收稿日期：2015-01-30。

基金項目：國家“十一五”科技支撐計劃（2008BAA14B04）。

文章編號：1674-3814（2016）01-0085-04

中圖分類號：TM614

文獻標志碼：A