面向组合维修的海上风电场运行维护建模及仿真

海上风电场运行维护受环境条件制约,传统的陆上风电场运行维护评估方法并不适用于海上。为了解决这个问题,文中基于传统海上风电场运行维护流程,充分考虑组合维修的需求,构建了更加符合实际情况的海上风电场运行维护流程。将面向组合维修的运行维护流程划分为故障发现、备品运输和出海维修3个子模块,研究了3个子模块的数学模拟方法,并利用蒙特卡洛方法建立海上风电场运行维护模型。仿真结果表明,所建立的运行维护模型可以模拟海上风电场的运行维护情况,并能较为准确地推算可利用率、总发电量、损失发电量及运行维护成本等关键指标。同时,结合运行维护模型和灵敏度分析方法,可辅助运行维护船舶参数设计等运行维护策略的优化。     

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、停机维护和状态监测3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。     

基于故障风险水平的海上风电场机会维护策略

海上风电场的维修费用占发电总成本比例较高。为降低海上风电场的运维成本,在基于可靠度阈值的机会维护策略基础上,针对风电机组子系统间存在的故障相关性与子系统故障风险水平,文中提出一种包含故障风险水平、可靠度双阈值和维护矩阵的海上风电场机会维护策略。首先,采用故障链模型对风电机组子系统间的故障关系进行描述,并建立风电机组各子系统的可靠度模型。其次,引入多级维护的概念,提出考虑故障风险水平的风电场机会维护策略优化模型,采用粒子群算法对子系统机会维护的风险因子进行优化,进而确定单台机组的维护策略。然后,综合考虑海上可及性、备件库存等因素,提出一种基于维护矩阵的海上风电场维护策略优化模型,以单位时间维护成本最小为目标函数,根据子系统的备件库存和故障风险水平来对维护策略进行动态调整。最后,以某海上风电场中单台风电机组为例,分析可及率、多级维护等因素对风电场机会维护策略的影响。结果表明,考虑故障风险水平的机会维护策略相比传统机会维护策略费用率可降低27.34%,验证了所提机会维护策略在降低维护费用方面的有效性。     

基于运行维护的海上风电机组可用性评估方法

海上风电机组与陆上不同,受海上天气条件及运行维护策略的影响较大。在充分考虑了海上风浪等天气因素的基础上,将海上风电机组的运行维护方案根据机组故障部件不同、修复时需要的辅助设备及修复时间等差异进行归纳分类,并结合风电机组各部件平均故障率和平均修复时间,提出一种适用于不同海上风电场的风电机组可用性评估方法。算例评估结果表明,所述方法能够反映不同海上天气条件和运行维护方案对可利用率的综合影响。同时,一组灵敏度分析结果体现了海上天气条件及运行维护方案的实施对海上风电机组可用性的影响情况,为海上风电机组的设计与风电场的管理提供了技术支持。     

基于风电机组状态信息的海上风电场维护策略

针对海上风电场运维过程中风电机组的状态信息利用不足,提出了一种基于风电机组状态信息的海上风电场维护策略。首先,考虑环境因素以及部件之间的相互作用对状态信息的影响,定义动态劣化度用于描述风电机组各部件的劣化程度,采用模糊综合评价法建立了风电机组的状态评估模型。其次,依据各风电机组的实测运行数据,确定风电场待维护机组。再次,针对选定的待维护机组,结合后续维护周期内风速预测结果,构建了以单个维护周期内维护成本最小为目标、以海上有限维护时间与可及性为约束的海上风电场短期预防性维护决策模型,对风电场的风电机组的维护时间以及路径进行优化。最后,结合国内某海上风电场实例数据进行算例研究,验证所提方法的有效性。     

海上风电场全景监控系统设计

对海上风电机组的运行状态进行监控,是降低海上风电场维护成本的有效手段。提出了一种海上风电场全景监控系统方案,将海上风电场作为一个监控整体,把传统风电场各监控子系统纳入到统一的信息平台下,以实现全景监控及信息共享;在架构上采用了陆地集控中心和海上升压平台两级模式,以适应海上风电场特殊的地理环境。对陆地集控中心、海上升压平台及它们之间的通信进行了描述,并给出了在东台海上风电场的应用情况,可在后续海上风电场二次系统建设中进一步推广应用。     

海上风电场运行控制维护关键技术综述

海上风电是目前和未来几十年我国可再生能源发展的重点。然而,与陆上相比,海上风电面临全寿命周期度电成本偏高、大规模并网冲击大等挑战。数字化、智能化是解决上述问题的关键。为此,该文围绕海上风电场智能运行控制维护关键技术进行了介绍,包括海上风电功率预测技术、海上风电运行控制技术、海上风电设备维护管理技术、海上风电与海域综合利用。首先,针对海上天气环境、资源特性、地理位置、设备运行等因素,分析了海上风电与陆上的差异,据此归纳了上述技术领域所面临的挑战及可能的解决方案,并对这些技术的研究现状及成果进行了分析和总结;最后,指出海上风电场智能运行控制维护关键技术领域的发展趋势及需要进一步研究的方面,为海上风电降本增效和大规模安全经济并网提供支撑和参考。     

考虑天气因素的海上风电机组预防性机会维护策略优化方法

海上天气环境恶劣、可进入性差,给海上风电机组的运行维护带来了巨大挑战。该文引入天气因子、可及率和容量因子,分别描述天气对机组劣化过程、维护停机时间和单位时间停机损失的影响。将海上风电机组视为多部件串联系统,以维护成本最小为目标,部件可靠度为约束,构建了考虑天气因素的预防性机会维护模型。维护策略考虑不完全维护和更换两种方式,结合部件劣化情况和维护费用,以费效比作为维护方式的决策依据。以某海上风电场单台风电机组为例,将文中所提策略与不考虑天气因素的预防性维护策略、机会维护策略进行了对比,分析了天气、部件劣化、维护程度等因素对策略的影响。仿真结果验证了所提维护策略的有效性和优越性。     

海上风电场二次系统设计关键技术

随着国家新能源战略的进一步深入,海上风电即将迎来大发展时期.由于远离陆地,海上风电场具有所处环境复杂、气候恶劣、施工困难、运行维护不便等特点,使其在运行值班模式、继电保护配置、组网方案、信息流传输、设备状态监测、模块化设计等二次关键技术方面与陆地风电场存在较大差异.该文对海上风电场二次系统相关设计技术进行了研究,进一步规范、优化了设计方案,对保证海上风电运行的可靠性,提升自动化水平和建设水平,有序推动我国海上风电的健康发展具有十分重要的意义.     

考虑运行维护需求的海上风能与波浪能联合发电非同期规划

随着海上风电的规模化发展,海洋多能综合利用被广泛关注.在双碳战略背景下,探索在海上风电场内增设波浪能装置的可行性意义重大.提出一种考虑运行维护需求的海上风能与波浪能联合发电的非同期规划模型与优化方法.考虑海上风电场停机检修的用电需求,在现有海上风电场内增设波浪能发电装置;分析海上风机位置、运行维护及船只靠泊防撞等工程需求,优化波浪能装置布局.评估海上风能与波浪能的联合布置方案,最终得到综合考虑经济性、可靠性的优化方法.算例研究结果表明,采用联合发电的规划模型与优化方法可在保证联合发电可靠性的同时,有效提升联合发电经济效益及风机运行维护的便利性.     

海上升压站选址优化研究

海上升压站选址对风电场投资成本起到关键作用。提出一种海上升压站最佳位置的确定方法。首先,根据海上风电场与陆上集控中心之间的最短距离,确定海上升压站离岸最近点。然后,根据各台风机位置坐标,通过重心法求取海上风电场的重心。随后,连接海上升压站离岸最近点与海上风电场重心,沿着其间直线移动,利用改进Prim算法确定海上风电场集电线路布局,求取增加的中压海缆距离和减少的高压海缆距离,并检验中压海缆电压压降。结合海缆成本和建设条件要求,寻求海上升压站的最佳站址。结果表明,所提出的方法简单可行,经济合理。     

分频输电应用于深远海风电并网的技术经济性分析

全球海上风电发展呈现大规模化、集群化及深远海化的特点。离岸距离大于100 km的大规模深远海风电的输电与并网方式成为海上风电发展和研究的热点方向。通过分析电缆等电气设备的传输极限和损耗,采用等年值法,综合考虑设备投资成本、维护成本、损耗费用及电缆选型,建立了系统的比较各种并网方式的技术经济评价方法。以某400 MW海上风电场为例,对高压交流输电技术、高压直流输电技术和分频输电系统3种并网方式进行技术经济分析。论证说明分频输电技术通过降低频率,既可提高电缆载流量,又显著降低了交流电缆中的充电电流,因此传输距离显著增加,表明分频输电技术在远距离、大规模深远海风电并网方面具有技术经济优势。     

交流并网海上风电场无功配置原则研究

海上风电具有年利用小时长,同时具备风速稳定、占用土地少等优势,在我国的发展逐渐受到关注。由于大量使用海底电缆和建设海上升压站的需要,海上风电场的电气结构与陆上风电场有所区别,反映在无功特性方面存在明显差异。海上风电发展较快的国家在并网导则中都提出了海上风电场无功配置要求,而我国尚缺少针对性要求。基于我国目前海上风电以交流并网为主的现状,在总结国内外风电并网的基础上,计算分析了通过交流线路并网的不同规模海上风电场的无功特性,提出了相应的无功配置原则,可为我国海上风电场的并网设计提供参考和借鉴,促进海上风电场和电网的协调发展。     

海上风电场MMC HVDC并网系统暂态行为分析

对于海上风电场模块化多电平换流器型高压直流输电(MMC-HVDC)并网系统,提出风电场侧模块化多电平换流器通过双维度单环直接控制风电场集电系统交流电压的方法,有效控制集电系统交流电压并保持稳定。基于PSCAD/EMTDC建立整个海上风电场直流并网系统模型,进行相应仿真研究,针对风速变化、风电场集电系统故障、电网故障以及MMC-HVDC直流单极接地故障等几种情况进行暂态分析,并与交流并网系统暂态结果进行比较。研究结果表明,采用所述控制方法的并网MMC-HVDC系统在发生相应故障时能够保持稳定运行,验证了海上风电场MMCHVDC并网系统及相应控制方法的正确性和有效性。     

基于LCC的海上风电场主变压器冗余配置经济性对比与分析

海上风电场存在建设投资大、设备故障率高以及运维不便等问题。为寻求建设与运营过程中投资成本与发电可靠性之间的平衡,提出了4种不同的电能传输系统冗余配置方案。以莱州湾某海上风电场工程为例,基于全寿命周期成本(LCC)理论建立了海上升压站主变压器的成本分析模型,并对模型中各组成部分进行分解计算。对比了各冗余配置方案中主变压器的LCC,并对折现率、上网电价以及故障率三个关键影响因素进行灵敏度分析,得出各因素变化区间内的最优冗余配置方案,为海上风电场电能传输系统的冗余配置方案最优选择提供了理论依据。     

大型海上风电场电气接线方案优化研究

海上丰富的风能资源和相关风力发电技术的飞速发展,使得海上风电场成为当前风能开发利用的主要趋势之一,但海上风电场与陆上风电场有很大区别,传统的电气接线设计思路已经不能满足海上风电场的经济和技术要求。本文对现有海上风电场的电气接线方案进行研究,深入分析海上风电场各电气元件的投资成本,将海上风电场电气接线的投资问题归纳为一组离散变量的最优求解问题,并结合遗传算法对大型海上风电场电气接线方案进行优化。算例结果证明,不同的电气接线方案之间投资成本相差甚大,遗传算法能够有效地找出最佳接线方案。     

多场景海上风电场关键设备技术经济性分析

中国海上风电正在走向深远海。离岸距离和水深的增大对海上风电场关键设备的技术选择和成本造价影响很大,海上风电场单位千瓦投资也相应变化。对海上风电场基础结构、海缆等关键设备费用在不同离岸距离和水深条件下的变化进行分析,探讨登陆送出、场内集电、基础结构等技术发展对投资的影响。远海风电场通过采用柔性直流和高电压场内集电技术,关键设备的单位千瓦投资可以低于目前在建的近海风电场。对于未来将采用8 MW风电机组的深远海风电场,采用先进的基础结构和输电技术,关键设备投资成本将比现有技术下降2 200元/kW,大幅降低深远海风电场开发投资。     

考虑风电接纳水平及负荷增长的海上风电场多阶段规划

现有海上风电场规划建设鲜有考虑建设时序,多属于静态单阶段规划,易造成初始规划方案与中、后期的运行间缺乏有效衔接的问题,为此,提出一种考虑风电接纳水平的海上风电场多阶段规划方案.建立以购电成本最低为目标的日前市场竞价模型来评估电网对海上风电的最大接纳水平,获得未来多年不同负荷水平下区域电网对海上风电的最大接纳水平及上网电...