何 畏,胡佳寧

(中國電力工程顧問集團(tuán)東北電力設(shè)計(jì)院有限公司,吉林 長春 130021)

0 引言

風(fēng)電場主要是由風(fēng)電機(jī)組通過箱變匯成集電線路,接至低電壓母線,再由升壓站的主變壓器升壓至220 kV 電壓連接至公共電網(wǎng)。風(fēng)力發(fā)電機(jī)的可靠性數(shù)據(jù)主要包含:現(xiàn)場運(yùn)行數(shù)據(jù)(SCADA 數(shù)據(jù))、安裝生產(chǎn)數(shù)據(jù)、試驗(yàn)數(shù)據(jù)、服務(wù)數(shù)據(jù)、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)以及現(xiàn)場工單領(lǐng)料數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)分析結(jié)果能夠表現(xiàn)出風(fēng)力發(fā)電機(jī)的整體性能、運(yùn)行錯(cuò)誤、現(xiàn)場工況、內(nèi)部主要狀態(tài)參數(shù)、維修成本、時(shí)間及其零部件壽命分布情況等[1]。

1 風(fēng)力發(fā)電機(jī)的可靠性數(shù)據(jù)管理

目前的風(fēng)電數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)基本是基于相對(duì)單一的業(yè)務(wù)需求進(jìn)行開發(fā)的,沒有進(jìn)行總體設(shè)計(jì)規(guī)劃,在收集風(fēng)力發(fā)電機(jī)可靠性數(shù)據(jù)時(shí),存在數(shù)據(jù)管理混亂、同源數(shù)據(jù)不同值、業(yè)務(wù)需求不明確、數(shù)據(jù)重復(fù)利用、功能重疊、部分關(guān)鍵的字段數(shù)據(jù)丟失等情況,導(dǎo)致風(fēng)電數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)內(nèi)的數(shù)據(jù)存在不全面、不可靠的問題。

可靠性數(shù)據(jù)管理是可靠性數(shù)據(jù)分析的基礎(chǔ),因此,所有報(bào)表在上報(bào)前都需要有審核流程,確保上報(bào)的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、完整、可用。在發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)有異常后,要在報(bào)表中扼要說明數(shù)據(jù)丟失原因、丟失時(shí)段。月報(bào)中的SCADA 數(shù)據(jù)直接影響風(fēng)電場當(dāng)月風(fēng)力發(fā)電機(jī)的可利用率;當(dāng)系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)、系統(tǒng)出現(xiàn)故障等情況發(fā)生時(shí),首先要確認(rèn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)是否可以完整、有效存儲(chǔ),若出現(xiàn)數(shù)據(jù)丟失等情況,要及時(shí)報(bào)備。

2 風(fēng)力發(fā)電機(jī)可靠性數(shù)據(jù)分析的分類

風(fēng)力發(fā)電機(jī)可靠性數(shù)據(jù)分析可以分為可靠性分析、維修性分析、保障性分析、運(yùn)行可靠性分析等。這4種分析方式,可以為風(fēng)電機(jī)組提供可靠性預(yù)測、預(yù)警,為持續(xù)可靠性改進(jìn)提供依據(jù),為新產(chǎn)品可靠性設(shè)計(jì)提供參考。

可靠性分析主要是指風(fēng)力發(fā)電機(jī)整機(jī)的分析、系統(tǒng)內(nèi)部分析(包括時(shí)間段內(nèi)的維修成本、可以依靠的性能數(shù)據(jù)分析、時(shí)間段內(nèi)的有效次數(shù))、風(fēng)力發(fā)電機(jī)零件的分析等。可靠性統(tǒng)計(jì)分析主要是分析失效率變化趨勢,對(duì)理論要求高,計(jì)算過程復(fù)雜,但分析結(jié)果全面,數(shù)據(jù)量要求低,結(jié)果精確。維修性分析則是指分析風(fēng)力發(fā)電機(jī)的維修時(shí)間和維護(hù)時(shí)間。保障性分析指分析風(fēng)力發(fā)電機(jī)備用零件的供給應(yīng)用、人員安排和人力資源的管理延誤等。運(yùn)行可靠性分析主要是用于分析風(fēng)力發(fā)電機(jī)的運(yùn)行工況、故障出現(xiàn)頻率、可以應(yīng)用率、風(fēng)力發(fā)電機(jī)的可靠性及增長性能等[2]。

3 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組可靠性分析系統(tǒng)

本文闡述的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組可靠性分析系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)庫單元和用戶交互單元。數(shù)據(jù)庫單元是將導(dǎo)入的原始數(shù)據(jù)整合為滿足不同分析功能的一個(gè)或多個(gè)子級(jí)數(shù)據(jù)庫并進(jìn)行存儲(chǔ);用戶交互單元是加載一個(gè)或多個(gè)子級(jí)數(shù)據(jù)庫中的一個(gè)子級(jí)數(shù)據(jù)庫,執(zhí)行可靠性分析計(jì)算,并輸出計(jì)算結(jié)果。

數(shù)據(jù)庫單元可包括入庫單元、存儲(chǔ)單元。入庫單元是導(dǎo)入原始數(shù)據(jù),利用字段映射表將原始數(shù)據(jù)整合成一個(gè)或多個(gè)子級(jí)數(shù)據(jù)庫;存儲(chǔ)單元是存儲(chǔ)一個(gè)或多個(gè)子級(jí)數(shù)據(jù)庫以及字段映射表,其中,字段映射表是利用所述原始數(shù)據(jù)中的字段與所整合成的一個(gè)或多個(gè)子級(jí)數(shù)據(jù)庫中的字段相互關(guān)聯(lián)得到的。

用戶交互單元可包括核心數(shù)據(jù)處理單元、數(shù)據(jù)接入單元。核心數(shù)據(jù)處理單元利用加載的子級(jí)數(shù)據(jù)庫執(zhí)行相應(yīng)的可靠性分析計(jì)算;數(shù)據(jù)接入單元加載一個(gè)或多個(gè)子級(jí)數(shù)據(jù)庫中的一個(gè)子級(jí)數(shù)據(jù)庫,針對(duì)加載的子級(jí)數(shù)據(jù)庫選擇數(shù)據(jù)范圍,根據(jù)可靠性分析需求針對(duì)所選擇的數(shù)據(jù)范圍進(jìn)行參數(shù)變量選擇,其中,核心數(shù)據(jù)處理單元根據(jù)所選擇的參數(shù)變量執(zhí)行可靠性分析計(jì)算;數(shù)據(jù)輸出單元以圖形、報(bào)表的形式輸出所述計(jì)算結(jié)果。

數(shù)據(jù)接入單元在根據(jù)可靠性分析需求針對(duì)所選擇的數(shù)據(jù)范圍進(jìn)行參數(shù)變量選擇之后,在參數(shù)變量下選擇至少一個(gè)維度的參數(shù)區(qū)間,核心數(shù)據(jù)處理單元還被配置為根據(jù)所述至少一個(gè)維度的參數(shù)區(qū)間執(zhí)行可靠性分析計(jì)算[3]。

用戶交互單元還可包括自定義功能模塊,記錄數(shù)據(jù)接入單元和核心數(shù)據(jù)處理單元的配置,使得自定義功能模塊在被調(diào)用時(shí),直接執(zhí)行可靠性分析計(jì)算。一個(gè)或多個(gè)子級(jí)數(shù)據(jù)庫包括廠級(jí)數(shù)據(jù)庫、故障級(jí)數(shù)據(jù)庫以及重復(fù)故障級(jí)數(shù)據(jù)庫中的至少一個(gè)?？煽啃苑治鲇?jì)算包括廠級(jí)指標(biāo)計(jì)算、故障級(jí)指標(biāo)計(jì)算以及重復(fù)故障級(jí)指標(biāo)計(jì)算,其中,廠級(jí)指標(biāo)計(jì)算用于各種可靠性指標(biāo)計(jì)算以及多維度分析;故障級(jí)指標(biāo)計(jì)算用于故障規(guī)律分析;重復(fù)故障級(jí)指標(biāo)計(jì)算用于分析高頻次故障、短時(shí)間內(nèi)的故障。

風(fēng)電可靠性數(shù)據(jù)分析可以為管理團(tuán)隊(duì)提供風(fēng)力發(fā)電機(jī)直觀的性能表現(xiàn),確定需要改進(jìn)的方向以及對(duì)銷售的數(shù)據(jù)支持;在維修維護(hù)方面,可以優(yōu)化備品備件管理、預(yù)計(jì)維修時(shí)間、優(yōu)化維修時(shí)間間隔,并且可為后續(xù)維修合同的簽訂提供數(shù)據(jù)支持;在產(chǎn)品設(shè)計(jì)方面,可以快速解決現(xiàn)場故障,保障現(xiàn)有產(chǎn)品的持續(xù)改進(jìn),并對(duì)新產(chǎn)品設(shè)計(jì)提供數(shù)據(jù)支持。

4 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組可靠性分析系統(tǒng)邏輯設(shè)計(jì)

執(zhí)行可靠性分析計(jì)算的步驟如下:(1)加載一個(gè)或多個(gè)子級(jí)數(shù)據(jù)庫中的一個(gè)子級(jí)數(shù)據(jù)庫,針對(duì)加載的子級(jí)數(shù)據(jù)庫選擇數(shù)據(jù)范圍。(2)根據(jù)可靠性分析需求針對(duì)所選擇的數(shù)據(jù)范圍進(jìn)行參數(shù)變量選擇,根據(jù)所選擇的參數(shù)變量執(zhí)行可靠性分析計(jì)算。(3)在參數(shù)變量下選擇至少一個(gè)維度的參數(shù)區(qū)間,并且根據(jù)參數(shù)區(qū)間執(zhí)行可靠性分析計(jì)算。一個(gè)或多個(gè)子級(jí)數(shù)據(jù)庫包括廠級(jí)數(shù)據(jù)庫、故障級(jí)數(shù)據(jù)庫以及重復(fù)故障級(jí)數(shù)據(jù)庫中的至少一個(gè)。

計(jì)算裝置包括處理器及存儲(chǔ)器。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組可靠性分析系統(tǒng)如圖1 所示。風(fēng)力發(fā)電機(jī)可靠性分析方法流程如圖2 所示。在步驟401 中,導(dǎo)入原始數(shù)據(jù)。在步驟402 中,對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理,即利用字段映射表將所述原始數(shù)據(jù)整合成一個(gè)或多個(gè)子級(jí)數(shù)據(jù)庫,例如廠級(jí)數(shù)據(jù)庫、故障級(jí)數(shù)據(jù)庫以及重復(fù)故障級(jí)數(shù)據(jù)庫中的至少一個(gè)。在步驟403 中,判斷是否需要更新數(shù)據(jù)。在操作404-1 中,當(dāng)不需要更新數(shù)據(jù)時(shí),將整合的一個(gè)或多個(gè)子級(jí)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行入庫存儲(chǔ)。在操作404-2 中,當(dāng)需要更新數(shù)據(jù)時(shí),將新增的測量數(shù)據(jù)入庫,并且實(shí)現(xiàn)新數(shù)據(jù)與舊數(shù)據(jù)的整合,然后在操作404-1 中進(jìn)行入庫存儲(chǔ)[4]。在操作405 中,加載一個(gè)或多個(gè)子級(jí)數(shù)據(jù)庫中的一個(gè)子級(jí)數(shù)據(jù)庫。在操作406 中,針對(duì)加載的子級(jí)數(shù)據(jù)庫選擇數(shù)據(jù)范圍。在操作407 中,根據(jù)可靠性分析需求針對(duì)所選擇的數(shù)據(jù)范圍進(jìn)行參數(shù)變量和參數(shù)區(qū)間選擇。在操作408 中,根據(jù)所選擇的參數(shù)變量和參數(shù)區(qū)間執(zhí)行可靠性分析計(jì)算?？煽啃苑治鲇?jì)算可包括與廠級(jí)指標(biāo)計(jì)算、故障級(jí)指標(biāo)計(jì)算以及重復(fù)故障級(jí)指標(biāo)。在操作409 中,可以以圖形、報(bào)表等形式輸出計(jì)算結(jié)果。

圖1 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組可靠性分析系統(tǒng)

圖2 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組可靠性分析方法流程

5 結(jié)語

目前的風(fēng)電數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)內(nèi)存在數(shù)據(jù)不全面、不可靠的問題,本文列舉了風(fēng)力發(fā)電機(jī)可靠性數(shù)據(jù)的分類,針對(duì)可靠性數(shù)據(jù)和指標(biāo),介紹了一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組可靠性分析方法及系統(tǒng)。此系統(tǒng)無須面對(duì)大量數(shù)據(jù),操作簡單、便捷,能夠得到可視化的準(zhǔn)確可靠性分析結(jié)果,實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)和分析結(jié)果的統(tǒng)一管理,同時(shí),可根據(jù)可靠性分析需求新增分析功能,后續(xù)可就自行創(chuàng)建自定義模塊進(jìn)行探索。