數(shù)據(jù)挖掘下的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組運(yùn)行管理方式

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關(guān)鍵詞：風(fēng)力發(fā)電機(jī)組；風(fēng)場(chǎng)穩(wěn)定性：運(yùn)行數(shù)據(jù)

引言

從2006年開(kāi)始，在國(guó)家出臺(tái)鼓勵(lì)政策的背景下，中國(guó)的風(fēng)電發(fā)電行業(yè)進(jìn)入高速發(fā)展時(shí)代。經(jīng)過(guò)十幾年的開(kāi)發(fā)，截至到2019年底，國(guó)內(nèi)總裝機(jī)容量超過(guò)250GW，裝機(jī)臺(tái)數(shù)接近20萬(wàn)臺(tái)。在快速發(fā)展的同時(shí)，風(fēng)機(jī)的整體健康狀況并不理想，倒塌、飛車(chē)失火等重大設(shè)備故障時(shí)有發(fā)生，風(fēng)機(jī)故障多發(fā)、可利用率偏低這種情況比較普遍，經(jīng)營(yíng)指標(biāo)明顯偏離項(xiàng)目可研指標(biāo)，有的項(xiàng)目甚至運(yùn)行之日即成虧損之時(shí)的狀態(tài)，這嚴(yán)重影響了投資方的經(jīng)營(yíng)效益，阻礙了行業(yè)的良性發(fā)展。充分發(fā)揮已建成風(fēng)電項(xiàng)目的收益，提高或優(yōu)化達(dá)到項(xiàng)目投資指標(biāo)而增加的效益體量甚大，不容小覷。本文通過(guò)基于歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)挖掘的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組運(yùn)行管理方式，提高可靠性，增加風(fēng)機(jī)壽命。

1風(fēng)機(jī)壽命非正?？焖倭踊?/p>

風(fēng)機(jī)健康水平在其設(shè)計(jì)壽命年限內(nèi)（20~25年）非正常快速劣化的狀況，最根本的原因，是行業(yè)各方的能力提升速度沒(méi)能跟上裝機(jī)的速度。

1.1行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)

行業(yè)在發(fā)展的過(guò)程中，出臺(tái)了涵蓋從風(fēng)電前期機(jī)組設(shè)計(jì)、項(xiàng)目開(kāi)發(fā)到后期生產(chǎn)管理的大量國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，但由于行業(yè)開(kāi)發(fā)時(shí)間較短，行業(yè)自身缺乏深度理解，很多標(biāo)準(zhǔn)是參照國(guó)外標(biāo)準(zhǔn)編制，而由于國(guó)情不同，標(biāo)準(zhǔn)的合理性和準(zhǔn)確性存在一些漏洞；另外，由于行業(yè)快速發(fā)展，在標(biāo)準(zhǔn)的執(zhí)行過(guò)程中也出現(xiàn)各種偏差。一些機(jī)型沒(méi)有經(jīng)過(guò)樣機(jī)嚴(yán)格的形式試驗(yàn)、改進(jìn)優(yōu)化，就大批量進(jìn)行入市場(chǎng)；風(fēng)機(jī)的運(yùn)行維護(hù)規(guī)范，現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行嚴(yán)重不足；運(yùn)行管理全員管發(fā)電量等等。

1.2設(shè)計(jì)能力

國(guó)內(nèi)的風(fēng)機(jī)制造商，其技術(shù)發(fā)展基本是“引進(jìn)——聯(lián)合設(shè)計(jì)——自主研發(fā)”或者“引進(jìn)——自主研發(fā)”兩條路線。在行業(yè)發(fā)展早期，很多整機(jī)商，從技術(shù)引進(jìn)到批量只用了兩三年時(shí)間，很多設(shè)備選型、工藝規(guī)范、施工質(zhì)量等問(wèn)題均未在工廠得到充分解決，完全暴露在風(fēng)場(chǎng)現(xiàn)場(chǎng)。行業(yè)“極速”發(fā)展的另一個(gè)表現(xiàn)是：每個(gè)主流廠家一年最少出一款新機(jī)型。更有追求大直徑只加長(zhǎng)葉片，不升級(jí)變槳系統(tǒng)等重要部件，背離了設(shè)計(jì)原則，給風(fēng)機(jī)運(yùn)行帶來(lái)嚴(yán)重安全隱患和壽命的不可逆狀態(tài)。機(jī)型更新?lián)Q代太快，這導(dǎo)致主機(jī)廠的設(shè)計(jì)能力基本投入到新機(jī)型的研發(fā)，沒(méi)有多少技術(shù)力量去處理前一代機(jī)問(wèn)題，沒(méi)有達(dá)到持續(xù)改進(jìn)長(zhǎng)久發(fā)展目的；而且，由于老機(jī)型已基本退出市場(chǎng)，廠家也沒(méi)有了再投入進(jìn)行改進(jìn)的積極性。另一方面是針對(duì)具體項(xiàng)目的個(gè)性化設(shè)計(jì)問(wèn)題。風(fēng)機(jī)廠家會(huì)針對(duì)不同地理?xiàng)l件、氣候及風(fēng)況特征的機(jī)型等因素設(shè)計(jì)和選擇適合機(jī)型。在做項(xiàng)目可研設(shè)計(jì)時(shí)，也會(huì)針對(duì)具體項(xiàng)目的情況，確定選定機(jī)型的單機(jī)容量、葉輪直徑、塔筒高度。但是，同一地理/氣候特性區(qū)域的項(xiàng)目與項(xiàng)目之間，甚至同一項(xiàng)目的機(jī)位與機(jī)位之間，其微觀工況是存在差異的，如要實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化運(yùn)行的目標(biāo)，必須進(jìn)行進(jìn)一步的控制策略?xún)?yōu)化，實(shí)際情況是目前基本沒(méi)有哪個(gè)廠家進(jìn)行這項(xiàng)工作。

1.3供應(yīng)鏈配套能力

作為風(fēng)機(jī)廠的配套廠商，供應(yīng)鏈的情況基本與風(fēng)機(jī)廠的狀況一樣，被動(dòng)地跟隨，在設(shè)計(jì)、測(cè)試等主要環(huán)節(jié)缺少必要的驗(yàn)證。降本增效成了風(fēng)機(jī)低配置的障礙。同時(shí)，由于產(chǎn)品更新?lián)Q代太快，備品備件的有效供應(yīng)也成了制約維持風(fēng)機(jī)保持健康狀態(tài)的一大因素。

1.4運(yùn)行管理能力

目前，參與風(fēng)電運(yùn)行管理的有投資方、風(fēng)機(jī)廠和一些獨(dú)立第三方。一個(gè)合格的風(fēng)電現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員，至少要經(jīng)過(guò)四五年以上的全方位培訓(xùn)和現(xiàn)場(chǎng)鍛煉，但是每年新增1萬(wàn)臺(tái)機(jī)組、新機(jī)型不斷迭代更新、一個(gè)同一機(jī)型的主要部件有多種配置、機(jī)組運(yùn)行不穩(wěn)定等因素，造成合格現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員的培養(yǎng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿(mǎn)足現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際需要。被動(dòng)性故障處理成了現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備管理的主要工作；而保障設(shè)備健康最基本的措施——預(yù)防性的各項(xiàng)保養(yǎng)、測(cè)試工作，被輕視，大力擠壓維護(hù)時(shí)間、風(fēng)機(jī)維護(hù)走過(guò)場(chǎng)，導(dǎo)致了風(fēng)機(jī)健康水平的進(jìn)一步下降。綜上因素，再結(jié)合風(fēng)機(jī)價(jià)格、服務(wù)價(jià)格連年大幅度下降所帶來(lái)的質(zhì)量下降隱憂，目前在現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行的風(fēng)機(jī)健康情況更是讓人擔(dān)心。設(shè)備的不健康，必然導(dǎo)致投資方的發(fā)電收入下降，人工、物料等消耗上升，經(jīng)營(yíng)效益受損。

2數(shù)據(jù)挖掘

拋開(kāi)標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)計(jì)、供應(yīng)鏈等風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)前的原因，本文將從風(fēng)機(jī)日常運(yùn)行管理的角度，探討改善已投產(chǎn)風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行情況的方法。

2.1主要目標(biāo)

風(fēng)機(jī)運(yùn)行過(guò)程中，產(chǎn)生大量的運(yùn)行數(shù)據(jù)，如I/O記錄、故障記錄、累積功率曲線等。站在更長(zhǎng)的時(shí)間維度，對(duì)風(fēng)機(jī)的歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，綜合評(píng)估每臺(tái)風(fēng)機(jī)的狀況，尋找和確定影響風(fēng)機(jī)穩(wěn)定性、使用壽命和發(fā)電量的原因，并針對(duì)性地進(jìn)行管理改進(jìn)和技術(shù)改進(jìn)。

2.2技術(shù)路線

應(yīng)用數(shù)據(jù)分析的基本辦法，從宏觀到微觀，按“全場(chǎng)概覽”——“單機(jī)狀況”——“部套狀況”——“單故障表現(xiàn)”的順序進(jìn)行逐級(jí)分析，然后形成從微觀到宏觀的“單機(jī)”和“風(fēng)場(chǎng)”級(jí)的結(jié)論匯總呈現(xiàn)，并給出建議。

2.2.1數(shù)據(jù)源（1）風(fēng)場(chǎng)機(jī)型的Excel或Word版故障代碼手冊(cè)；（2）年度故障和報(bào)警數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表；（3）年度運(yùn)行指標(biāo)統(tǒng)計(jì)表；（4）年度的月度發(fā)電量統(tǒng)計(jì)表；（5）年度的功率曲線及此機(jī)型在本風(fēng)場(chǎng)的動(dòng)態(tài)標(biāo)準(zhǔn)功率曲線；（6）項(xiàng)目的可行性研究報(bào)告。

2.2.2分析流程（1）數(shù)據(jù)有效性分析。確定數(shù)據(jù)源的的有效性，確保分析結(jié)果準(zhǔn)確。（2）建立數(shù)據(jù)相關(guān)性模型和分析結(jié)果輸出內(nèi)容清單和模板；（3）數(shù)據(jù)錄入、分析，形成結(jié)論匯總報(bào)告；（4）針對(duì)結(jié)論提出改進(jìn)意見(jiàn)。

2.2.3部分結(jié)果呈現(xiàn)（1）全場(chǎng)概況各風(fēng)機(jī)故障總、次數(shù)對(duì)比和各風(fēng)機(jī)故障停機(jī)時(shí)間對(duì)比如圖1、2所示。（2）部套分布部套分布如圖3所示。（3）子故障狀態(tài)故障狀態(tài)如圖4所示。

3結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)實(shí)施本管理方式，可以達(dá)到以下效果：（1）確定影響風(fēng)場(chǎng)穩(wěn)定性的主要機(jī)組、部件和故障，針對(duì)性地進(jìn)行排除，提高風(fēng)機(jī)可靠性，減少風(fēng)機(jī)故障停機(jī)次數(shù)。（2）確定影響風(fēng)機(jī)疲勞載荷的主要故障，加以排除，保障風(fēng)機(jī)的使用壽命。（3）確定影響風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)行管理效果的管理因素，加以改進(jìn)，達(dá)到精細(xì)化運(yùn)維管理，提升管理成效的結(jié)果。

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作者：莊旭彬 單位：汕頭福澳風(fēng)力發(fā)電公司