基于SCADA现场数据的国产风力机组可靠性评估与维修决策研究
毕业论文关键词：风力机组；故障数据分析；可靠性评估；可用度模型；维修优化
Title Research on Reliability Evaluation and Maintenance Decision ofChinese Home-manufactured Wind Turbines Based on SCADA Field Data
Abstract Wind turbines as the core component of wind power, which is installed in remoteareas, the operating environment is relatively poor, resulting in a large numberof wind turbine failure modes. Therefore, through the analysis of the failure dataof Jiangsu Qi Dong wind farms, the reliability evaluation and maintenance decisionresearch of Chinese home-manufactured wind turbines is carried out. Firstly, bycomputing the reliability and maintainability index of the wind turbines, asystemic reliability assessment of the Chinese home-manufactured wind turbinesis developed. The relationship between reliability and environment, seasons andso on is analyzed in a qualitative way. At the same time, two kinds of maintenanceoptimization models are put forward to achieve the maintenance decision of thewind turbines.For the availability model I, it is established under the condition of ignoringthe inspection and replacement time of the wind turbines. By doing the numericalcalculation, it is found that inspection interval which meets the availabilityconditions.For the availability model II, considering the inspection and replacement timeon the basis of the availability model I, introducing the maintenance time, andthe expected availability model is established. Using MATLAB to obtain the maximumavailability and the optimal inspection interval.
Keywords: Wind turbines; Failure data analysis; Reliability assessment;Availability model; Maintenance optimization
目次
1引言..1
1.1课题研究背景..1
1.3本文主要研究工作..4
2风力机组的故障数据分析方法与相关理论5
2.1引言.5
2.2风力机组的基本情况.5
2.3风力机组的故障数据分析方法..6
2.4风力机组可靠性与维修理论7
2.5本章小结..10
3国产风力机组的可靠性评估11
3.1引言..11
3.2风力机组故障数据处理与初步分析.11
3.3定量评估风力机组及部件的可靠性、维修性与可用性18
3.4风力机可靠性与环境、季节等的相关性.25
3.5本章小结..27
4国产风力机组维修决策研究28
4.1引言.28
4.2可用度模型Ⅰ28
4.3可用度模型II34
4.4本章小结..40
5总结与展望..42
5.1总结.42
5.2展望.42
致谢..44
参考文献45
附录A47
附录B48
1 引言
1.1 课题研究背景在过去的几十年里，全球变暖、环境污染及能源短缺等问题在世界范围内已经变得很严重，中国也不能例外。对于可再生能源的开发与利用将为处理这些问题提供新的途径。作为最具前景的可再生能源之一的风能，具有巨大的可利用性和低成本等特点，同时在风能领域的技术发展迅速、效能得到明显提高[1]。目前中国在环境和能源方面面临严峻的挑战，但我国也拥有充足的内陆和海上风能资源[2]。因此，风能在中国的持续发展中有着重要的作用。在 2006年，随着我国第一部可再生能源法的颁布，中国的风能产业有了持续和快速的发展。到 2013 年为止，中国的累积风电装机总量已经总计达 91.3GW，同时 2013 年的装机总容量已经达到 16.0GW，大约占世界风机装机容量的 45.0%[3]。目前中国在世界风能产业中占重要地位，根据中国风能协会的报告，2013 年中国市场的前 20 位主要风力机制造商，其中有 17位是国内的制造商，其他 3位是国际制造商。17 位制造商的风力机装机总量占94.1%，而其他 3位国际制造商的风力机装机总量仅占 5.9%[4]。在 2013年，中国的7 个制造商出口到海外市场的风机总量达 692.4MW[4]，与 2012 年装机总量 430.4MW 相比增长率达60.8%。主要出口方包括以瑞士核能工业协会为代表的国内外企业。由于风能产业在世界范围内的快速发展，许多国内外学者开始紧密关注风能产业，并在近几年发表了多篇关于风电的论文著作。目前现存的大多数研究都强调以下的问题：中国风能产业的政府政策[5-7]、风电发展的途径和现状[7,8]、风力机的制造产业[9]、风能资源的评估[6]、风力机状态监测技术[10]等。风电系统的故障和可靠性分析对于制造商和经营者都是至关重要的。由于风力机所处的环境较差，使生产商面临着巨大的挑战，即如何提高风力机的可靠性及减少运行和维修成本。故障数据分析可以有效地评估风力机的运行状况，监测故障状态，优化风力机的设计、检查的计划及维修活动等。目前国内外对风力机的可靠性评估与维修决策展开了很多研究，旨在提高风力机组的可靠性与可用度，减少风力机故障，提高维修优化效率。