基于状态码的风力发电机组可利用率计算

刘欣村，陈磊（国电南瑞科技股份有限公司，江苏南京　211106）



基于状态码的风力发电机组可利用率计算

刘欣村，陈磊
（国电南瑞科技股份有限公司，江苏南京211106）

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

摘要：风力发电机组的可利用率是衡量风力发电机组可靠性的一个重要指标。目前国内使用可利用率计算方法各式各样，至今没有统一的标准。提出了一种基于风机现地控制系统状态码处理的可利用率计算方法，通过对状态码可利用属性的细化，实现了机组可利用率的精确计算。

关键词：风力发电机；可靠性；可利用率；状态码

在当今节能减排的大环境下，发展以风能为代表的新能源已是大势所趋。随着风电机组装机容量的增加，业主对风力发电机组的可靠性要求也日益提高[1]。机组的可靠性的量化指标可通过可利用率来度量。在风力发电机组通用技术条件中，规定机组年可利用率应大于97%[2]。在风力发电机组验收规范中规定机组可利用率指标应符合合同要求，但不应小于95%[3]。但这些规范中，均未对可利用率的具体计算方法进行规定，数据的计算一般由监控设备或风机制造厂商提供[4]。如何通过标准的可利用率的计算方法反应风机真实的可靠性水平，是风机制造商和运营商亟待规范统一的问题。

1　可利用率的计算方法

可利用率是指在规定时间段内，设备实际可用时间占计划用时的百分比[5]。可利用率的计算方法为：

式中：Tt为规定时期的总小时数；Tem为因维修或故障情况导致风力发电机组不能运转的小时数，因外部环境条件原因导致不能执行规定功能的情况不作为故障处理。Tem的计算公式为：

式中：Te为风机故障停机总小时数；Tm为非风机制造商责任的停机小时数，一般包括以下几类情况：

1）电网故障（电网参数在技术规范范围之外）。

2）气象条件（包括风况和环境温度）超出技术规范规定的运行范围。

3）不可抗力。这些情况如有2种或者2种以上同时发生，只计其中较长一种情况。技术指标中要求可利用率指标应符合合同要求，但不应小于95%。

2　风机状态码概述

2.1状态码的基本功能

状态码（status code，SC）是告警（a1arm）和事件（Event）的集合，包含当前控制系统运行的重要信息，为机组安全提供可靠保证[6]。风力发电机组控制系统的安全可靠性，依赖于状态码为风机主控系统提供足够必要的信息。状态码应提供满足实际应用需求的信息，包括触发时间（包含激活和返回两种类型）、所属系统、具体描述、异常停机级别、偏航模式、触发时风机的主要特征数据等[5]。

2.2状态码的基本属性

管理是最重要的社会活动之一，是指管理主体组织并利用其各个要素，借助管理手段，完成组织目标的过程。众所周知，大学的根本任务是培养人才，教学工作是大学经常性的中心工作，教学管理在大学管理中占有核心地位。国内研究成果中比较有代表性的观点有：1.教学管理是指根据一定的目标、原则、程序和方法，对教学活动进行计划、组织、协调、控制[1]。2.教学管理是一门研究教学运行管理的本质、思想、内容、方法、特点及规律的科学学科，是研究“以人才培养为中心，以高水平教学质量为目标，以科学管理为主线”的教学及其组织管理的客观规律与内在联系的学科[2]。

状态码包含以下几类基本属性：运行属性，显示属性和记录属性。运行属性包含了风机运行时状态码的运行信息，包括触发条件、复位条件及状态码触发后执行的相关操作，表1中列举了风机状态码中常用的运行属性。显示属性包含了状态码触发后在现地HMI和远程SCADA中的显示状态信息。记录属性用于状态码触发后对风机状态的记录和统计，本文研究的风机可利用率计算所需要的可用属性也包含在状态码的记录属性中。

表1　状态码的运行属性Tab. 1 The operatlon property of the status code

2.3状态码的运行机制

状态码的运行过程也就是风机状态机的运行过程，风机运行中，风机主控PLC程序会对风机状态码的触发条件进行巡检，当某一状态码满足触发条件被触发后，该状态码对应的各项运行属性、显示属性和记录属性则处于激活状态，风机状态机根据状态码属性和风机当前状态执行该状态码对应的各项运行、显示和记录操作。当多个状态码被触发时，会有多个运行属性被同时触发，此时需根据风机当前状态和触发状态码属性的优先级，按不同操作的运行逻辑，执行相应的维护、停机、偏航、告警等操作。

3　基于状态码的可利用率计算

3.1计算方法

利用风机状态码可对风机状态及故障信息准确描述的特性，可以将风机的状态码按故障特点进行分组，并对每组状态码按照风机在该状态下是否可用的特性，定义相应的可利用因子Ki，则根据每一时刻风机所激活的状态码所处的分组及其对应的可利用因子，可计算风机的可利用率：

式中：Ki为当前风机触发状态码所属状态组的可利用因子；Ti为在该状态组所处的时间长度。

3.2状态码分组

3.3多个状态码触发的处理

当风机同时有多个状态码被触发时，确定当前风机所处的状态组的方法一般有2种：优先级法和时间戳法[7]。

优先级法对每个状态组按故障的严重程度定义了优先级，多个状态码触发时，对每个状态码所在的故障组的优先级进行比较，选取优先级最高的状态组作为当前状态组。表2中所列的组号即表明了该组的优先级，序号越小则优先级越高。

时间戳法对每个状态码触发的时刻进行记录，多个状态码触发时，以时间戳靠前的状态码所在的状态组作为当前状态组[8]。

图1、图2分别为2种方法在风机主控程序处理中的流程图，图中ActiveGrouP即为程序判断的机组当前状态组。GrouPVar和TemPGrouP为程序中间变量。

3.4电网掉电情况下的处理

当外部电网掉电时，风机控制器在UPS供电下可继续运行一段时间，此时控制器程序将激活与电网掉电相关的状态码，同时该状态码触发的时间会作为掉电保持型变量被记录下来。在控制器重新上电后可通过读取保存的状态码触发时间来计算该状态码持续时间，确保可利用率的计算不受机组电网掉电等情况的影响[9]。

表2　风机可利用性分组Tab. 2 Grouplng of the wlnd turblne avallabllltles

图1　优先级法触发流程Flg. 1 Avallablllty selects type：prlorlty

图2　时间戳法触发流程Flg. 2 Avallablllty selects type：tlme stamp

4　工程应用

本文提出的基于状态码的风力发电机组可利用率计算方法已成功应用于某风电场的东汽机组主控技改项目中。该风电场受限于西北地区电网环境，弃风限电情况比较突出，当AGC分配功率指令小于风机正常出力范围时，通常采用监控室对单台风机执行远程停机操作的办法限制全场功率。此时原有的风机可利用率计算方法将风机状态按不可用统计，使得风机可利用率常常低于85%，与机组实际情况不符，需监控室手动进行修正。应用了新的可利用率计算方法后，主控程序对限电停机、停电检修等状态定义了专门的状态码及其可利用属性。经过实际运行计算，风机平均可利用率保持在97%以上，与风机的实际状态一致，且与监控室的手动修正结果吻合，表明了该计算方法的有效性。

5　结语

风机可利用率计算方法多种多样，至今没有统一的标准，不同计算方法的差异主要表现在对停机原因中因外部环境条件导致不能执行规定功能的界定存在差异[10]。本文提出的基于现地状态码的可利用率计算方法，通过对状态码中可利用属性的分类判定，细化了各故障类型下的机组可利用状态，提高了可利用率计算值的可信度和精确度。

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刘欣村（1981—），男，硕士，工程师，研究方向为风力发电及新能源发电控制技术。

（编辑董小兵）

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.

作者简介：

收稿日期：2015-01-30。

基金项目：国家“十一五”科技支撑计划（2008BAA14B04）。

文章编号：1674-3814（2016）01-0085-04

中图分类号：TM614

文献标志码：A