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[摘 要]由于传统的海上风电机组维修采用定时维修的方式，维修周期始终是相等的，经常出现维修不足及维修过剩的问题，再加上部件使用年份比较久远，发生故障的频率越来越高，维修可靠性也在不断降低。所以分阶段预防性维修应运而生，它是减少系统故障、降低维修费用的有效措施，因此，本文深入分析了海上风电机组维修现状以及分阶段预防性维修策略。
[关键词]海上风电机组；分阶段预防性维修；现状；策略
中图分类号：TU786 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）37-0229-01
引言
海上恶劣的环境增加了风电机组建设的难度，也提高了开发成本，影响电气设备长期稳定的运行。同时，我国海上风电起步较晚，运行经验不足，导致海上风电运维难度大、费用高。据统计，在整个海上风电项目全寿命周期成本中，海上风电场的运维费用占比为18%-23%，比陆上风电的運维费用高12%左右。“十三五”海上风电规划也在重视调整相关政策，优化海上风电机组运维等。因此，对海上风电机组分阶段预防性维修策略的研究刻不容缓。
1 海上风电机组维修现状
风电机组是是典型的多部件串联可修系统，主要由叶轮、发电机、传动系统、偏航系统以及塔柱等部件组成，如果其中某个部件发生故障，则整体停止运行。本文主要从三个方面对海上风电机组维修现状进行分析：第一，可用率方面。风电机组的可用率可通过多种计算方法得出，海上风电机组的使用可用率在不同的时间段波动差距较大，技术可用率数据则相对稳定，一般可以达到90%及以上，而且使用可用率通常低于技术可用率水平；第二可靠性方面。海上风电机组一般的停运时间是因为齿轮箱造成的，海上风电机组高停机频率最高的主要部件是控制系统，海上风电机组较为理想的年均故障率为0.5次/风机，但是目前还远远达不到这个水平；第三，运维成本方面。现阶段影响运维成本的因素主要是风机及其各部件的可靠性、海上天气状况、运维人员配置、备件管理、交通工具等，海上风电项目的年运维费用约为46000美元，是陆上年运维费用的2.7倍。
2 海上风电机组分阶段预防性维修思路
风电机组在运行时，当机组某一部件达到其预防性维修周期时，必须停机以实施预防性维修。分阶段预防性维修策略将稳定运行周期分成S个阶段，每个阶段内具有固定的维修时间间隔和维修次数，不同阶段内的维修时间间隔不同并且随着预防性维修次数的增加越来越短。海上风电机组是由N个部件构成的复杂系统，各部件之间故障相互独立，考虑部件间的经济相关性，引入机会维修策略。具体的判断过程如图1所示。
3 海上风电机组分阶段预防性维修策略
3.1 针对海上天气情况研究维修策略
以往的维修策略在计算维修停机时间与损失时，一般只考虑停机时间与年有效利用小时数的关系，却没有深入研究天气情况及维修类型对海上风电机组维修任务的影响，其实不同时刻开展不同类型的维修工作，停机损失的差异很大。天气情况对维修作业的影响是多方面的，包括风速、浪高、雷雨天气等。雷雨天气大多伴有大风或大浪情况，考虑到维护人员的安全，不建议雷雨天气出海作业。同时，由于海上平均风速与浪高近似线性关系，虽然海上风速具有明显的周期性，但具体到某一天又没有可比性，所以可以引入容量因子来描述不同季节不同风速下单位时间停机损失C1。
C1=fvC0Pr
fv是容量因子，Pr是机组额定功率，C0为海上风电上网电价。
3.2 基于费效比选择维修方式
费效比指的是投入费用和产出效益的比值，可用来比较维修效果。本文结合各部件的可靠性演化过程，对部件维修方式的选择进行定量评估。将部件第i次预防性维修成本作为投入成本，该次维修对机组可靠性提高量作为产出效益。
Wij为部件j在第i次预防性维修费效比，Cij，pm是部件j在第i次预防性维修成本，（ΔR）ij是部件j在第i次维修对机组可靠性提高量。不同类型的维修活动对部件的可靠性改善不同，根据部件j第i次维修活动类型，将维修后可靠性变化情况分为不完全维修、更换、故障最小修复三类。
3.3 模型求解
算法寻优的流程如图2所示。海上风电机组分阶段预防性维修可以采用反向粒子群算法对经济目标函数进行求解，求得最优阶段数、每个阶段内最优的维修次数以及维修时间间隔。该方法的原理是在每次粒子更新过程中加入反向学习，即每次迭代求出粒子适应度的同时，求其反向适应度，并在二者之间求得最优值。采用这种方法不仅扩大了搜索范围、加快了收敛速度，而且避免了优化结果收敛到局部区域。
结束语
由于海上风速稳定，机组容量大，且海上风电靠近负荷中心，发展前景十分广阔。而预防性维修是保证海上风电机组设备安全，保持系统高可靠性的必要措施，所以我国应该大力支持研究海上风电机组分阶段预测性维修，减少维修成本，促进海上风电的开发。
参考文献
[1] 符杨，马媛，刘璐洁，唐征歧，屠聂华.海上风电机组分阶段预防性维修策略[J].电力建设，2017，06：124-132.
[2] 黄玲玲，曹家麟，张开华，符杨，徐涵璐.海上风电机组运行维护现状研究与展望[J].中国电机工程学报，2016，03：729-738.
[关键词]海上风电机组；分阶段预防性维修；现状；策略
中图分类号：TU786 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）37-0229-01
引言
海上恶劣的环境增加了风电机组建设的难度，也提高了开发成本，影响电气设备长期稳定的运行。同时，我国海上风电起步较晚，运行经验不足，导致海上风电运维难度大、费用高。据统计，在整个海上风电项目全寿命周期成本中，海上风电场的运维费用占比为18%-23%，比陆上风电的運维费用高12%左右。“十三五”海上风电规划也在重视调整相关政策，优化海上风电机组运维等。因此，对海上风电机组分阶段预防性维修策略的研究刻不容缓。
1 海上风电机组维修现状
风电机组是是典型的多部件串联可修系统，主要由叶轮、发电机、传动系统、偏航系统以及塔柱等部件组成，如果其中某个部件发生故障，则整体停止运行。本文主要从三个方面对海上风电机组维修现状进行分析：第一，可用率方面。风电机组的可用率可通过多种计算方法得出，海上风电机组的使用可用率在不同的时间段波动差距较大，技术可用率数据则相对稳定，一般可以达到90%及以上，而且使用可用率通常低于技术可用率水平；第二可靠性方面。海上风电机组一般的停运时间是因为齿轮箱造成的，海上风电机组高停机频率最高的主要部件是控制系统，海上风电机组较为理想的年均故障率为0.5次/风机，但是目前还远远达不到这个水平；第三，运维成本方面。现阶段影响运维成本的因素主要是风机及其各部件的可靠性、海上天气状况、运维人员配置、备件管理、交通工具等，海上风电项目的年运维费用约为46000美元，是陆上年运维费用的2.7倍。
2 海上风电机组分阶段预防性维修思路
风电机组在运行时，当机组某一部件达到其预防性维修周期时，必须停机以实施预防性维修。分阶段预防性维修策略将稳定运行周期分成S个阶段，每个阶段内具有固定的维修时间间隔和维修次数，不同阶段内的维修时间间隔不同并且随着预防性维修次数的增加越来越短。海上风电机组是由N个部件构成的复杂系统，各部件之间故障相互独立，考虑部件间的经济相关性，引入机会维修策略。具体的判断过程如图1所示。
3 海上风电机组分阶段预防性维修策略
3.1 针对海上天气情况研究维修策略
以往的维修策略在计算维修停机时间与损失时，一般只考虑停机时间与年有效利用小时数的关系，却没有深入研究天气情况及维修类型对海上风电机组维修任务的影响，其实不同时刻开展不同类型的维修工作，停机损失的差异很大。天气情况对维修作业的影响是多方面的，包括风速、浪高、雷雨天气等。雷雨天气大多伴有大风或大浪情况，考虑到维护人员的安全，不建议雷雨天气出海作业。同时，由于海上平均风速与浪高近似线性关系，虽然海上风速具有明显的周期性，但具体到某一天又没有可比性，所以可以引入容量因子来描述不同季节不同风速下单位时间停机损失C1。
C1=fvC0Pr
fv是容量因子，Pr是机组额定功率，C0为海上风电上网电价。
3.2 基于费效比选择维修方式
费效比指的是投入费用和产出效益的比值，可用来比较维修效果。本文结合各部件的可靠性演化过程，对部件维修方式的选择进行定量评估。将部件第i次预防性维修成本作为投入成本，该次维修对机组可靠性提高量作为产出效益。
Wij为部件j在第i次预防性维修费效比，Cij，pm是部件j在第i次预防性维修成本，（ΔR）ij是部件j在第i次维修对机组可靠性提高量。不同类型的维修活动对部件的可靠性改善不同，根据部件j第i次维修活动类型，将维修后可靠性变化情况分为不完全维修、更换、故障最小修复三类。
3.3 模型求解
算法寻优的流程如图2所示。海上风电机组分阶段预防性维修可以采用反向粒子群算法对经济目标函数进行求解，求得最优阶段数、每个阶段内最优的维修次数以及维修时间间隔。该方法的原理是在每次粒子更新过程中加入反向学习，即每次迭代求出粒子适应度的同时，求其反向适应度，并在二者之间求得最优值。采用这种方法不仅扩大了搜索范围、加快了收敛速度，而且避免了优化结果收敛到局部区域。
结束语
由于海上风速稳定，机组容量大，且海上风电靠近负荷中心，发展前景十分广阔。而预防性维修是保证海上风电机组设备安全，保持系统高可靠性的必要措施，所以我国应该大力支持研究海上风电机组分阶段预测性维修，减少维修成本，促进海上风电的开发。
参考文献
[1] 符杨，马媛，刘璐洁，唐征歧，屠聂华.海上风电机组分阶段预防性维修策略[J].电力建设，2017，06：124-132.
[2] 黄玲玲，曹家麟，张开华，符杨，徐涵璐.海上风电机组运行维护现状研究与展望[J].中国电机工程学报，2016，03：729-738.