海上风电场运行维护的研究与发展

与陆上风电场相比,海上风电场建设和运行维护成本较高,在总结海上风电机组主要部件故障的基础上,对比了定期维护、停机维护和状态监N3种维护方案的优缺点,介绍了国内外海上风电场运行维护管理的现状,并分析了影响海上风电场运行维护成本的主要因素,最后对这一领域的发展趋势进行了探讨。     

基于深度强化学习的海上风电机组状态维护与备件库存联合优化

维护与备件库存管理是海上风电运维的两个密不可分的关键环节。为提高海上风电机组设计寿命周期内的运维经济性，构建状态维护与备件库存联合优化策略。首先，将海上风电机组构建为由叶片、齿轮箱、电气、偏航、轮毂、制动、传动链、发电机8个子系统组成的系统，然后将各子系统的劣化过程构建为多状态马尔可夫随机过程，建立维护与备件库存的交互模型，其中包括被动维护时间与随机故障以及备件库存的关系、备件库存对维护活动的影响等。随后，设计子系统的劣化状态与备件库存状态、状态检修动作与备件订购的表征方法，并以此形成深度强化学习Dueling DQN的框架，通过对深度网络的迭代训练，求解海上风电机组的最优维护与备件订购决策序列。最后，以某海上风电场内的风电机组为例，验证所提联合优化方法的优越性，并讨论强化学习的探索率、风电场的可达率对运维成本的影响。     

海上风电机组智能故障预警系统研究

  [目的]  随着海上风电机组装机容量的飞速发展,业主对海上风电机组的安全运行越来越重视,对风机设备可靠性的要求越来越高。传统的设备故障事后处理模式不仅不能保证发电设备运行的可靠性,而且海上风电运行维护的可达性差,被动的故障后维修无形中增加了巨大的电量损失,已完全不能满足海上风电的要求。设备故障早期智能预警系统可以提前预知设备存在的问题,把设备隐患消除在萌芽状态之内,真正做到“防患于未然”。  [方法]  通过对海上风电机组关键部件的数据采集,结合历史数据提取故障特征,利用神经网络等大数据算法,实现发电机温度异常、发电机轴承异常、齿轮箱散热异常、齿形带断裂警告等设备故障的提前预判。  [结果]  根据对设备早期故障的提前预判,可以综合考虑海上风电的气象、台风、海况、海事等维护特点,有计划地执行积极的预防性维护策略,能够有效地避免大部件故障的发生或风机整机失效情况的发生。  [结论]  研究成果可提高海上风电机组的可靠性和风电场整体发电效益。     

风电机组大部件的备品备件区域库存优化控制策略

风电机组大部件的备品备件是保障风电机组运行的重要物资,合理的备件库存可减少风电场的停机损失。针对风电机组大部件的备品备件库存控制问题,提出了基于(s,Q)策略的区域库存优化控制策略。首先,以威布尔分布函数描述风机大部件的故障概率密度。其次,考虑风电机组设计寿命及备件短缺停机时间,通过概率模型推导了区域库存策略下的风机大部件备件成本和平均可用率公式。然后,以备件成本最小为优化目标,建立库存优化控制模型,并分析了大部件的各主要参数对最优库存控制参数的影响。最后,通过算例分析验证了该策略的有效性。     

基于进化策略的海上风电支撑结构多参数同步优化设计

针对典型海上风电场3 MW固定式三桩单立柱风力机支撑结构主尺度优化问题,文章采用参数化建模方式进行力学建模,在有限元分析的基础上,结合生物进化策略,以风机塔顶位移、结构最大Mises应力为限制条件,以减小支撑结构整体体积为优化目标,对海上三桩单立柱风力机支撑结构主尺度参数进行多参数同步优化设计。研究结果表明:在保证风机塔架刚度和结构强度的前提下,通过结合有限元分析与进化策略对风机主尺度参数进行同步优化,风机支撑结构整体体积明显下降,优化效果明显。该多参数同步优化设计方法可为海上风电固定式支撑结构设计提供参考。     

集约式海上换流站电气应用技术研究

  目的  深远海大规模海上风电送出会选用大容量风机和66 kV集电系统,风机具备直接接入海上换流站的条件,从而可以取消海上升压站,实现集约式设计。针对集约式海上换流站需要关注的电气关键技术点开展初步研究。  方法  在现有海上风电柔性直流输电技术的基础上,通过研究集约式海上换流站的主回路拓扑结构、核心电气设备选择和平台布置方案优化,对电气关键技术点给出了切实可行的技术方案。  结果  随着海上风电66 kV集电系统的逐渐普及,集约式海上风电柔直送出将成为以后的主流设计方案。针对集约式海上换流站的电气关键技术点给出了具有指导意义的研究结论。  结论  集约式海上换流站相比传统海上换流站具有明显的技术优势,形成的研究结论可以为后续深远海大规模海上风电送出项目的方案设计和实施提供技术支持,具有很好的示范应用前景。     

海上风电机组机型发展的技术路线对比

大型化是海上风电未来发展的重要趋势,海上风电机组的类型也从恒速恒频发电机组发展到变速恒频发电机组,双馈异步风电机组、永磁和电励磁同步风电机组、笼型异步风电机组4种技术路线均可采用变速恒频控制技术。从发电机类型和控制策略、传动系统和吊装维护两个方面,对不同类型海上风电机组的性能进行比较,由于采用不同的发电机技术、变速恒频控制方法和传动系统,实际应用中也是各有优缺点。从经济性来看,电励磁直驱同步风机系统的成本最高,成本较低的是双馈异步和永磁半直驱同步风机系统;永磁直驱同步发电机组的年发电量最多,其次是电励磁直驱同步风机系统,永磁半直驱同步风机系统介于电励磁直驱同步风机系统和双馈异步风机系统之间;永磁半直驱同步风机系统的度电成本最低。国外海上风电机组以永磁直驱和永磁半直驱同步发电机组两种技术路线为主,而永磁半直驱同步风机系统具有较好的性能和经济性,更适合目前我国海上风电行业的发展现状。     

欧洲海上风电技术的发展现状

在使用可靠性及产品质量方面,对海上风机的要求要高于陆地风机。文章介绍了欧洲海上风力发电技术的发展历程,对海上风电和陆地风电投资费用和生产成本进行了比较分析。一些北欧国家发展海上风电的实践证明,2MW级的风力发电技术,最适合应用于浅海和近海水域。它的应用将为今后超大规模海上风电场的建设积累宝贵的经验。     

海上风电超长钢管桩试桩关键技术浅析

  [目的]  在海上风电工程中,为进一步优化桩基设计,同时为大范围沉桩作业提供施工参数资料,必须要进行海上试桩。近年来,随着海上风电机组装机容量不断增大,且海上风电场离岸越来越远,为满足设计承载要求,海上风机基础桩基设计长度不断增加。与普通试桩相比,海上超长钢管桩在试桩过程中存在诸多不同。为保证海上超长钢管桩试桩达到预定目标,  [方法]  作者对海上试桩中的关键技术进行了深入讨论。首先讨论了海上超长钢管桩试桩的试验项目设置,  [结果]  明确了合理的试桩顺序;其次对海上超长钢管桩试桩中基准桩设置、反力装置、沉桩施工、冲刷监测、试桩保护和桩身传感器保护等关键技术进行详细分析,  [结论]  对今后海上超长钢管桩试桩工程有指导意义;最后对海上试桩工程未来的发展进行展望及总结。     

海上风电嵌岩区风机基础比选原则及依据

  [目的]  随着海上风能的开发中心从江苏扩大至广东、福建等省份,海上风机基础的嵌岩问题已逐步成为海上风能开发中的核心问题,嵌岩区的风机基础造价严重制约着海上风电场的成本,因此海上风电嵌岩区的风机基础比选就显得尤为关键。  [方法]  讨论了几种风机基础的嵌岩施工工艺,探讨了嵌岩区海上风机基础的比选依据及原则,并对海上风电嵌岩问题的发展进行展望。  [结果]  研究表明:海上风电场嵌岩区域风机基础方案的比选原则应主要从结构安全性、施工可行性和经济性三个方面进行综合比选。在上述三个比选因素中,应首先满足结构安全性上的要求,在此基础上再满足施工可行性的要求,最后考虑经济性的影响。  [结论]  研究成果可为嵌岩区海上风电风机基础设计提供参考。     

关于使用无线网桥进行风电厂SCADA数据传输的可行性分析

对使用无线网桥取代光缆将风机信号进行远程传输的可行性进行论述,使用无线网桥传输风机监控信号具有高稳定性、高带宽、费用低廉、工期短、维护方便、扩展方便的优点,尤其是在目前正大力发展的海上风电工程中,优势更加明显。     

大型海上风电场风机排布优化策略研究

为提升大型海上风电场的经济效益,得到合理的风机排布方案,提出了一种规则型排布优化策略,该策略通过对风电场内风机布局参数进行遍历取值,对各方案分别进行发电量计算,从而找出发电量最大的方案;同时,还提出了随机型迭代优化策略,该策略以最优规则型方案作为初始方案,通过不断调整尾流较大风机的位置,从而提升整个风电场的发电量。2种风机机位优化策略均采用Python语言实现,通过实际风电场监测数据的分析对比,验证了Jensen尾流模型可较准确预测海上风电场风机尾流损失,最后通过对Horns Rev2海上风电场算例进行风机机位优化分析,得出了在最优规则型排布方案中各排风机的连线均大致与主风向垂直,且随机型排布方案的年发电量可在规则型排布方案基础上平均提升约1.35%的结论。     

一体化理念在国内海上风电开发建设上的应用探究

可再生能源作为日益严峻的能源问题和因此导致的环境问题的重要解决措施之一,受到世界各国的重视,海上风电作为可再生能源的新兴领域和重要组成部分得到了推广和发展。将多个领域中成功应用的一体化设计理念引入到海上风电场前期、风机选型、风机基础与风电机组设计、建设期、运营期的各个环节,分析了国内海上风电场成本降低和突破效益瓶颈的可行性。研究表明:一体化理念应用于海上风电项目前期核准、设计、施工建设、运营维护等全生命周期中,大幅降低了风电场成本,并提高了风电场的抗风险能力。     

基于超级电容的海上风电机组电动变桨系统设计

变桨系统是海上风电机组的核心部件,对机组安全运行具有十分重要的作用。液压变桨系统存在漏油等问题,蓄电池电动变桨系统存在电池的低温性能差、使用寿命短等问题。文章探讨了使用超级电容作为后备电源的电动变桨系统的设计,并对蓄电池与超级电容进行了比较分析。用超级电容作为海上风电机组电动变桨系统的后备电源,可充分发挥超级电容耐低温、寿命长的特性,提高风机安全性和运行效率,降低海上风电机组的维护成本。通过分析变桨系统力矩,对超级电容电动变桨系统的选择进行了理论计算和推导,并进行了实际测试,为海上风电机组电动变桨系统后备电源的设计提供了有效方法。     

海上风电工程风力发电机整体安装的研究

海上风电建设在国内处于起步阶段,施工装备较少。该文针对现有风电施工专用船的制造周期长、造价高昂、施工效率较低的情况,探索研制一种制造周期短、造价低廉、施工效率高的新型海上风机安装专用船——液压顶升双体驳船进行风力发电机整体海上安装。该船能够为海上风力发电机的安装起到降低成本、减少安全隐患、提高工作效率的作用。     

基于PCA-SVM方法的海上风电机组安装费用模型

风机安装费用在整个海上风电项目的安装费中占了很高的比重,如果对其进行较为准确地把控,对控制海上风电项目的总体造价将起到很重要的支撑作用。为此利用主成分分析法(PCA)对风机安装费用的影响因子进行了筛选,将筛选后的因子作为支持向量机模型(SVM)输入量,构建了风机安装费用的PCA-SVM模型。将该模型应用于风电项目的风机安装费用预测,得到了比较好的结果,可满足工程的实际需求。     

海上风电施工窗口期对施工的重要性

<正>风能是一种清洁可再生的清洁能源,海上风电已经成为全球可再生能源发展的重要方向,我国正在持续大规模发展海上风电项目。与陆地风电相比,海上风电面临着技术、施工、管理等方面的多重挑战,由于海上施工作业环境特殊,施工窗口期短,且海上风电施工存在很多的连续施工作业,是一项难度大、时间紧、任务重的艰巨工程,因此施工的窗口期对海上风电施工管理极为重要。海上风电施工内容主要包括风机基础施工、风机安装施工、海缆敷设施工、海上升压站施工等,各项施工内容     

海上风机基础阴极保护设计与应用

海上风机基础是海上风电场风机的重要支撑结构,也是保证风机正常运行25年的重要结构。海上风机基础具有设计寿命长、投资大、检测和维修难度高的特点,因此必须采取有效的防腐措施保证其能长效安全地服役。结合南海某海上风电工程项目,详尽地研究和论述了海上风机基础阴极保护的关键环节、合理有效的设计和布置方案,对阴极保护技术在海上风电领域的设计与应用具有一定的指导意义。     

考虑多属性的风电机组齿轮箱状态维修策略

针对传统风电机组齿轮箱维修策略的不足,综合运用不完全维修和状态维修,提出一种考虑多属性的综合状态维修策略。在比例失效模型的基础上,考虑不同维修方式及其在维修决策中的配合应用。根据多属性决策理论,整合优化维修费用率、可靠度和可用度,建立联合目标函数。同时,构造两层优化算法,得到各目标函数的权重,并最终确定不完全状态维修和状态维修的动态维修阈值函数曲线。最后,结合某风电机组齿轮箱实际运行数据进行仿真分析,验证该维护策略的有效性和优越性。     

计及气象可达性的海上风电运维效益仿真方法

为改善海上风电传统经济评价方法的局限性，根据气象条件等因素对海上风电运维的影响，分析计及气象可达性的海上风电运维流程，提出涵盖停机时间、损失电量、风电场可利用率和运维成本等经济评价指标计算方法，建立基于Anylogic平台的海上风电运维效益仿真模型，模拟风电机组、船舶、人员实时状态，统计各项经济评价指标，评估海上风电场运维经济效益。案例结果表明：所建立的效益仿真模型可模拟风电场的运维流程，并较为准确地推算出停机时间、损失电量、风电场可利用率及运维成本等关键指标，反映海上气象条件对风电场经济效应的影响，可为海上风电场的运行维护提供技术参考。