论海上风力发电机组的运行维护及控制策略
时间：2023-01-16 16:40:06 来源：柠檬阅读网 本文已影响 人 
广东省能源集团有限公司 骆文波
风能尤其是海上风能资源的开发利用是缓解能源紧张的重要途径。由于海上风电工作环境复杂，外界因素的影响导致海上风电机组运行可靠性低，维护成本高，这是造成海上风电机组运行成本居高不下的主要因素。随着海上风力发电市场容量的日益增加，海上风电机组的运行维护也面临新的标准和要求。
海上风电机组运行中，风电场电缆设施、风电机组设备的结构基础、风电机组设备等相关组件安装对后续运维影响密切。做好技术交底工作，根据风力发电机组的安装方案准备各项施工设备和物资，满足发电机组现场施工要求。
在进行发电机组安装时，利用GPS 技术进行准确定位，结合DP 动力装置找准定位进点，保证发电机组安装船舶进点距离准确。塔筒安装前先对基础环进行检查，检查塔筒、吊具，无误后吊装。塔筒分为下塔筒、中塔筒和上塔筒。塔筒保证没有损伤后安排主辅吊机就位，启动后注意控制速度，缓慢起升吊钩，通过主辅吊机良好配合将中塔筒平稳吊起来。对塔筒内设置的爬梯做好位置确定，根据施工图纸要求正确选择爬梯方位，安装好塔筒、紧固螺旋。上塔筒安装要点与中塔筒的安装技术要点相同。
安装机舱和轮毂时，先进行吊装准备，利用主副吊机进行配合，将叶片从运输船舶上吊到甲板上的叶片支撑架上。安装机舱和轮毂时，先进行吊装准备，无误后正式实施吊装。然后再安装叶片，利用主副吊机进行配合，将叶片从运输船舶上吊到甲板上的叶片支撑架上。利用主吊机对叶片专用吊具进行挂设，系好缆风绳，然后将叶片缓慢吊起，拆除叶片支架。叶片吊装到轮毂叶根轴承相应的法兰接口处，调整轮毂轴承，紧固螺栓。
安装机舱时应注意挂好所需吊具，系好安全缆风绳。注意卸下运输机舱支架上的螺栓，然后将吊钩缓慢吊起，将运输支架卸下。做好机舱相应法兰面的清理，起吊过程注意控制速度，调整机舱方向，引导定位销法兰孔准确对中，最后紧固螺栓。叶片起吊注意做好安全防护，利用泡沫板对辅助吊点位置进行铺垫，防止安装叶片后重心发生偏离。安装好叶片后连接接地线[1]。吊装叶轮时注意检查吊具是否妥善到位，在主吊点两侧位置设置好缆风绳对叶片进行防护。
由于海上风电工作环境复杂，外界因素的影响导致海上风电机组运行可靠性低、维护成本高，这是造成海上风电机组运行成本居高不下的主要因素。大容量风电场，采用大容量机型可在一定程度上降低运维成本，但需要的运维传播和运维人员数量也增加。且传统运维方式对工作人员来说作业危险性高、能耗大，对海洋环境又不利影响。
应用水下机器人利用人工智能技术是解决上述问题的重要途径。水下机器人使用3D 计算机视觉技术，利用机器学习技术可完成海上复杂危险环境各项作业。通过同步定位和映射技术识别关键特征和异常自动标记，并根据置信度进行分级。利用水下机器人及时发现海上风电机组运行异常，岸上维护管理人员可根据机器人标记的信息检查工作并确认结果，提高了维护效率。随着水下机器人技术的发展，各项功能的自主性越来越强，在机器人运行途中遇到导航障碍时更好地完成策略修正。运维人员在岸上进行远程监控，使工作人员远离危险环境，减少现场传播尺寸和数量，更有利于保护海洋环境。
2.1 海上风力发电机组的运行安全分析
海上风力发电机组所处的环境波动性大，风力波动会对叶片造成影响，一旦控制不当容易给叶片造成严重损害，通过对海上风力发电机组运行安全情况进行分析，做好对缺陷故障的诊断，为发电机组运行安全高效提供保障。
2.1.1 对发电机组的电控系统进行安全分析
一般发电机组采用自动控制的运行方式，值守人员数量少，为避免机组发生严重故障，借助发电机组的电控系统对机组设备的运行情况进行监测和控制；
对发电机组的安全链进行分析。一旦出现突发状况时，发电机组是否可启动紧急应对措施是保证机组设备寿命的重点。因此在对风力发电机组电控系统进行安全分析的同时，也要考虑到突发危险时应采取怎样的暂停措施。如风机在遇到风速过大、震动、变桨超限的情况时，可通过启动紧急暂停模式，及时制止整套发电装置运行，保证发电机组设备安全。
2.1.2 对风机运行控制策略进行分析
采用变桨距控制技术能够使发电机组在停机时的桨叶角度自动调整到最大位置，使机组设备处于安全状态，从而减少发电机组整体设备承受的负载压力，减少对设备的损害。在外界环境发生突变时，在一些较为极端的情况下，通过气动刹车使叶片恢复到最大桨叶角，可以减少发电机组设备受到的压力，对发电机组起到有效的保护；
对发电机组的远程监测系统进行分析。
海上风力发电机组采用现场无人值守模式，远程监测系统是利用现代信息技术和控制技术对海上风电机组的运行情况进行监测，帮助管理人员获取最新数据信息，及时掌握发电机组的运行情况。对发电机组远程监测系统进行分析，保证系统运行工况安全，为海上风电机组提供保护。
2.2 海上风力发电智能诊断分析
海上风力发电机组的运行管理重点在于识别机组设备的缺陷异常，对故障进行准确诊断，从而妥善处理、消除故障。智能化故障诊断主要包括对故障特征进行提取、对故障进行诊断。故障特征的提取一般采用数据驱动技术对机组的运行数据进行采集、统计和分析，对机组设备运行的异常信号进行处理，结合人工智能技术对数据进行多元统计、变模式分解。通过对发电机组故障特征进行提取，对风电系统运行和故障状况进行分析，降低信号特征向量中的噪音和异常值，为后续的故障诊断提供重要信息[2]。由于海上风力发电机组运行受到多种不确定性因素的影响，再加上系统的复杂性，故障特征信息提取的维度也在增加。
如何在复杂的非线性系统中避免特征信息维度的混乱，保证故障特征提取结果的准确性是十分重要的。提取的故障特征信息与正常特征信息的偏差较小，以及提取故障特征信息的方法存在局限性，这些是阻碍风力发电机组智能诊断技术发展的重要问题。
目前业内对风电机组故障特征进行提取的理论集中在随机集理论、粗糙集理论、模糊集理论等，利用信息融合领域中的多种理论对机组数据进行处理，更好地提取故障特征属性。对发电机组的故障诊断主要采用的方法是神经网络技术、聚类分析计算。通过对算法的优化改进及人工智能深度学习技术的应用，自动编码器和神经网络技术在故障诊断中的应用越来越多。随着故障诊断模型的不断完善，将在海上风力发电智能诊断中发挥出越来越充分的积极作用。
3.1 海上风力发电机组运行维护策略
采用风力发电智能监控运行策略。智能监控运行策略中，根据风力发电机组运维的实际需求可采用如下技术：风电机组和风电场智能化传感技术、风电场大数据采集技术、风电场数据分析计算、风电机组故障特征提取技术。根据不用风电机组间通信兼容性的不同，制定科学的通信兼容解决方案，建立风力发电机组运行监控系统信息模型。利用风电场集群远程通信技术实现风电场之间通信协议和数据可视化平台，实现风电场集群各部分信息的无缝集成。
采用风力发电智能运维策略。随着风电智能化运维技术的发展，信息化、集群化的特点日益凸显。在传感技术、智能控制技术、高速数据传输技术的支持下，多种技术的融合对分析风电机组运行状态和工况条件提供支持，实现对风电机组运行参数的及时调整，保证风电机组设备配合度更高，机组整体运行更加可靠高效。风电智能运维目标的实现建立在信息的深度融合基础上，具体包括风电机运行数据、气象数据、物联网数据信息、电网信息等，通过构建数据分析平台，对单一风电场和集群风电场进行系统分析和协同控制，提高风电机组运行整体销量，使发电功率优化。
风力发电智能运维以减少维修资源消耗为原则，兼顾到机组设备固有可靠性和运行安全性，通过应用逻辑决断方法对机组设备进行预防性维护，减少机组发生故障的概率[3]。利用云计算平台对风电场设备运行数据进行挖掘，结合发电机组诊断技术，将数据分析范围覆盖到风电场建设、运行的全过程中，发挥出大数据的积极效用。
3.2 海上风力发电机组的控制措施
对风电机组设备的安装质量进行控制。风电机组设备安装过程中进行质量的严格把控，对安装设备部件的材料质量、性能进行检验审查，保证机组设备部件的材料质量合格，性能符合风电场生产工艺技术要求。机组设备安装过程中，制定严格的施工质量控制办法，严格把控各个作业环节。通过严格把控机组设备的安装质量，确保风电机组投入使用后安全可靠。
对风电机组的设备检修加强控制。加强风电机组设备的巡查检修，尤其是恶劣天气来临前加强对机组设备状态的检查，对周边环境的风险隐患进行排查，消除风险隐患。根据发电机组的运行计划做好定期检修，做好检修过程记录，总结设备检修工作中发现的问题，制定合理的应对策略。通过对风电机组设备检修加强控制，为发电机组运行中硬件和软件设施安全可靠奠定保障。
对风电机组运行数据加强监测分析。注重对风电机组运行数据的监测分析，包括风力变化状态下的机组运行参数、机组运行功率、温度变化情况等。结合现场监测到的数据信息，通过数据软件提取有效信息，抓住特征数据，挖掘潜在规律。通过对数据的收集和分析，为远程控制提供有力条件，为维护发电机组运行安全提供有力支持。
对风电机组运行加强维护管理。维护管理要采用动态灵活的机制，将传统的被动管理转变为主动管理。建立风电机组运行档案，结合运行档案中的数据，对发生故障率较高的设备部件和部位加强安全检查和日常维护。根据机组设备部件的使用寿命情况，制定机组各个部位的养护计划，提高对机组设备运行维护的科学性和精准性。通过科学制定机组运行维护方案，严格执行机组运行维护计划，延长机组设备使用寿命，保证风电机组运行安全高效。
3.3 海上风力发电前景展望
海上风能是重要的再生型清洁型资源，在新能源战略中得到国家的支持。随着海上风力发电项目的建设和投产，海上风力发电项目也正在向着多元化的方式发展。电网友好型技术为风电接入形式提供了支持，风电接入形式从单一集中接入远距离输送方式向着多元化方式发展，未来分散式接入和微网应用将越来越多。随着应用场景的多样化发展，海上风力发电将更直接的面对用户需求，以用户为中心在风电电能品质方面建立更高的标准。分散式应用在能源市场中也将有较快的发展，根据电力市场的发展情况，风电能源和传统电能、其他新能源、储能、智能配电保护等方面将有越来越多的融合，在电力系统的运行控制、信息交互方面有广阔的发展空间。
海上风电产业已被纳入到广东省海洋经济发展战略体系中，立足于海上风电产业解决广东能源消耗增大的问题。立足于海上风电开发的需求和特点，提升大型风电机组运行维护和控制技术研究水平，完善风电机组设备供应链，推动创新设计和智能制造的融合发展，为海上风电机组运行质量水平提供保障，以科技促进广东加速形成海上风电完整产业链，推动海上风电产业蓬勃发展。
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