[01195116]海上风力发电机组健康诊断与运行维护关键技术研究

(1)对国外海上风电机组运行数据进行统计分析,结合“上海东海大桥100兆瓦海上风电示范项目”4年半左右的运行数据,对国内海上风电机组运行情况进行统计与分析,形成“大型海上风电机组可靠性数据库”。并得出结论： ①高故障率的部件导致的停机时间较短,其中控制系统停机率最高,电气系统（接线开关,变频器,控制系统等）的故障率较高; ②齿轮箱和发电机等大型部件故障是造成机组故障修复时间延长,降低其可用率的主要原因。 ③海上风电机组停运时间中90%的时间是由于等待合适的天气条件引起,7.2%的停运时间是由于备品备件的延迟引起的,真正的修复时间可能仅占海上风机停运时间的3%。 （2）对修复时间长、停运损失大的关键部件如齿轮箱、发电机等主要设备进行故障机理研究和健康状态评估。应用EMD分解和包络分析相结合的方法对齿轮箱中的滚动轴承进行早期故障诊断,通过包络谱分析判定故障部位。利用Park’矢量法的椭圆环轨迹形状判定双馈风力发电机是否发生定子绕组匝间短路,并根据椭圆环的宽度进一步确定匝间短路故障的严重程度,找出故障规律。结合温度变化,可有效提取早期故障特征,及时发现故障隐患。 （3）对影响海上风力发电机组可靠性的各因素的重要程度进行分析,充分考虑海上天气条件对机组可用性的影响。根据风电机组设备故障率服从泊松分布的原理,结合故障停工损失与备台所耗用的计算原则及工程实际,建立海上风电场精确备件数量管理的数学模型,给出东海大桥海上风电场的备件管理建议。对海上风电机组的机会维修策略进行优化,开发海上风电机组运行维护管理系统,成功应用于东海大桥海上风电示范工程,实现2015年2-4月运维成本相比同期降低14.64%。 （4）研究海上风电机组的优化运行。一方面,对海上风电场的无功特性分析,建立无功优化数学模型,采用粒子群算法对无功优化进行求解,分析风电场在满载运行状态下的无功分布,充分发挥双馈机组的无功出力以减少无功补偿设备的安装容量。另一方面,探讨轻微故障下继续运行的可行性,对于可修复性的电气开路、短路故障,深入挖掘现有系统的容错潜力,通过故障后的硬件重构与畸变电流补偿的软件优化算法结合,共同实现容错运行。对容错运行仿真结果进行分析,采用可用率、输出功率等指标评估故障状态下的容错能力。 已申请专利5项,软件著作权登记2项,在国内外著名学术期刊《中国电机工程学报》、《电工技术学报》、《电网技术》等期刊上发表,这些成果为提高海上风电场可用率、降低海上风电场的运维成本提供了系统的基础研究资料和相关技术支持。