风电可靠性数据管理分析系统研究

何 畏,胡佳宁

(中国电力工程顾问集团东北电力设计院有限公司,吉林 长春 130021)

0 引言

风电场主要是由风电机组通过箱变汇成集电线路,接至低电压母线,再由升压站的主变压器升压至220 kV 电压连接至公共电网。风力发电机的可靠性数据主要包含:现场运行数据(SCADA 数据)、安装生产数据、试验数据、服务数据、产品结构数据以及现场工单领料数据。数据分析结果能够表现出风力发电机的整体性能、运行错误、现场工况、内部主要状态参数、维修成本、时间及其零部件寿命分布情况等[1]。

1 风力发电机的可靠性数据管理

目前的风电数据管理系统基本是基于相对单一的业务需求进行开发的,没有进行总体设计规划,在收集风力发电机可靠性数据时,存在数据管理混乱、同源数据不同值、业务需求不明确、数据重复利用、功能重叠、部分关键的字段数据丢失等情况,导致风电数据管理系统内的数据存在不全面、不可靠的问题。

可靠性数据管理是可靠性数据分析的基础,因此,所有报表在上报前都需要有审核流程,确保上报的数据准确、完整、可用。在发现数据有异常后,要在报表中扼要说明数据丢失原因、丢失时段。月报中的SCADA 数据直接影响风电场当月风力发电机的可利用率;当系统进行升级、系统出现故障等情况发生时,首先要确认实时数据是否可以完整、有效存储,若出现数据丢失等情况,要及时报备。

2 风力发电机可靠性数据分析的分类

风力发电机可靠性数据分析可以分为可靠性分析、维修性分析、保障性分析、运行可靠性分析等。这4种分析方式,可以为风电机组提供可靠性预测、预警,为持续可靠性改进提供依据,为新产品可靠性设计提供参考。

可靠性分析主要是指风力发电机整机的分析、系统内部分析(包括时间段内的维修成本、可以依靠的性能数据分析、时间段内的有效次数)、风力发电机零件的分析等。可靠性统计分析主要是分析失效率变化趋势,对理论要求高,计算过程复杂,但分析结果全面,数据量要求低,结果精确。维修性分析则是指分析风力发电机的维修时间和维护时间。保障性分析指分析风力发电机备用零件的供给应用、人员安排和人力资源的管理延误等。运行可靠性分析主要是用于分析风力发电机的运行工况、故障出现频率、可以应用率、风力发电机的可靠性及增长性能等[2]。

3 风力发电机组可靠性分析系统

本文阐述的风力发电机组可靠性分析系统包括数据库单元和用户交互单元。数据库单元是将导入的原始数据整合为满足不同分析功能的一个或多个子级数据库并进行存储;用户交互单元是加载一个或多个子级数据库中的一个子级数据库,执行可靠性分析计算,并输出计算结果。

数据库单元可包括入库单元、存储单元。入库单元是导入原始数据,利用字段映射表将原始数据整合成一个或多个子级数据库;存储单元是存储一个或多个子级数据库以及字段映射表,其中,字段映射表是利用所述原始数据中的字段与所整合成的一个或多个子级数据库中的字段相互关联得到的。

用户交互单元可包括核心数据处理单元、数据接入单元。核心数据处理单元利用加载的子级数据库执行相应的可靠性分析计算;数据接入单元加载一个或多个子级数据库中的一个子级数据库,针对加载的子级数据库选择数据范围,根据可靠性分析需求针对所选择的数据范围进行参数变量选择,其中,核心数据处理单元根据所选择的参数变量执行可靠性分析计算;数据输出单元以图形、报表的形式输出所述计算结果。

数据接入单元在根据可靠性分析需求针对所选择的数据范围进行参数变量选择之后,在参数变量下选择至少一个维度的参数区间,核心数据处理单元还被配置为根据所述至少一个维度的参数区间执行可靠性分析计算[3]。

用户交互单元还可包括自定义功能模块,记录数据接入单元和核心数据处理单元的配置,使得自定义功能模块在被调用时,直接执行可靠性分析计算。一个或多个子级数据库包括厂级数据库、故障级数据库以及重复故障级数据库中的至少一个。可靠性分析计算包括厂级指标计算、故障级指标计算以及重复故障级指标计算,其中,厂级指标计算用于各种可靠性指标计算以及多维度分析;故障级指标计算用于故障规律分析;重复故障级指标计算用于分析高频次故障、短时间内的故障。

风电可靠性数据分析可以为管理团队提供风力发电机直观的性能表现,确定需要改进的方向以及对销售的数据支持;在维修维护方面,可以优化备品备件管理、预计维修时间、优化维修时间间隔,并且可为后续维修合同的签订提供数据支持;在产品设计方面,可以快速解决现场故障,保障现有产品的持续改进,并对新产品设计提供数据支持。

4 风力发电机组可靠性分析系统逻辑设计

执行可靠性分析计算的步骤如下:(1)加载一个或多个子级数据库中的一个子级数据库,针对加载的子级数据库选择数据范围。(2)根据可靠性分析需求针对所选择的数据范围进行参数变量选择,根据所选择的参数变量执行可靠性分析计算。(3)在参数变量下选择至少一个维度的参数区间,并且根据参数区间执行可靠性分析计算。一个或多个子级数据库包括厂级数据库、故障级数据库以及重复故障级数据库中的至少一个。

计算装置包括处理器及存储器。风力发电机组可靠性分析系统如图1 所示。风力发电机可靠性分析方法流程如图2 所示。在步骤401 中,导入原始数据。在步骤402 中,对原始数据进行预处理,即利用字段映射表将所述原始数据整合成一个或多个子级数据库,例如厂级数据库、故障级数据库以及重复故障级数据库中的至少一个。在步骤403 中,判断是否需要更新数据。在操作404-1 中,当不需要更新数据时,将整合的一个或多个子级数据库进行入库存储。在操作404-2 中,当需要更新数据时,将新增的测量数据入库,并且实现新数据与旧数据的整合,然后在操作404-1 中进行入库存储[4]。在操作405 中,加载一个或多个子级数据库中的一个子级数据库。在操作406 中,针对加载的子级数据库选择数据范围。在操作407 中,根据可靠性分析需求针对所选择的数据范围进行参数变量和参数区间选择。在操作408 中,根据所选择的参数变量和参数区间执行可靠性分析计算。可靠性分析计算可包括与厂级指标计算、故障级指标计算以及重复故障级指标。在操作409 中,可以以图形、报表等形式输出计算结果。

图1 风力发电机组可靠性分析系统

图2 风力发电机组可靠性分析方法流程

5 结语

目前的风电数据管理系统内存在数据不全面、不可靠的问题,本文列举了风力发电机可靠性数据的分类,针对可靠性数据和指标,介绍了一种风力发电机组可靠性分析方法及系统。此系统无须面对大量数据,操作简单、便捷,能够得到可视化的准确可靠性分析结果,实现数据和分析结果的统一管理,同时,可根据可靠性分析需求新增分析功能,后续可就自行创建自定义模块进行探索。