Page 109 - 电力与能源2024年第四期
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寻 健，等：基于故障更换的海上风电场大型部件备件优化策略 503
0.06 次·台 ，平均停机时间分别约为 150 h·次 —1
—1
和 110 h·次 。
—1
（3）在运维资源方面，本文仅考虑运维组和备
件两种。海上风机的维护操作需要船只和专业运
维人员的配合，因此将这两者合并作为一种运维
s
图 1 （S，）备件库存管理策略
资源进行考虑，并假设风电场配置有数量有限的
流程如图 2 所示。
Z 个运维组。
（4）本文仅考虑基于整体更换方式的风机大
型部件的故障更换，主要原因是：①海上风机大型
部件故障通常无法在线修复，只能采用整体更换
的维护方式 ；②大型部件的订购成本与存储成
［2］
本高昂，备件优化需求尤为突出；③预防性维护通 图 2 海上风电机组的故障修复过程
常无需备件配合。 由图 2 可见，部件 j（j 表示齿轮箱 M 或发电机
1.2 海上风机大型部件备件管理策略 G）的故障停机时间 D T 可以表示为两个时间值之
海上风电机组的大型部件，如齿轮箱和发电 和，即：
机等，价格昂贵且订购周期长，通常仅在故障后进 （1）
D T = T d + t r
行更换。风电场在存储此类大型部件时，若备件 式中 T d——出海维护等待时间，由维修资源等
库存定额配置较高，虽能提高可用率并有利于风 待时间 T m 和天气等待时间 T w 组成，即 T d=T m+
电机组的维护，但会增加备件成本；若备件库存定 T w；T m——维修资源等待用时，主要用于准备备
额配置较低，则在发生故障时可能面临备件不足 件和运维组； t r——出海维护时间。
的风险，导致风机长时间停机并造成损失。因此， 对于 P j （P j=1）台部件发生故障，这里备件的
合理配置风电场大型部件的备件库存定额，有利 准备时间 T 1 主要有两种情况：①部件 j 备件库存
于提高风电机组的可用率和风电场的运行收益。 数量 N j 大于故障部件数量，即 N j≥1，备件库存充
风电场的备件管理包含初始备件数量配置和 足，此时 T 1=0；②备件库存数量小于故障部件数
备件订购策略两个方面。本文采用的（S，s）备件 量即 N j<1，备件库存不足，此时 T 1 的值为变量，
管理策略具有配置最优初始备件数量和确定最优 取决于备件的订购周期 t s，T 1∈t s。运维组的准备
订购时间的优点，因此被选为风机备件优化的策 时间 T 2 也主要有两种情况：①运维组数量 Z 大于
略。假设风机初始备件配置数量为 S 个，故障更 故障部件数量，即 Z≥1，运维组充足，此时 T 2=0；
换下来的部件属于淘汰备件，不可进行维修后继 ②运维组数量小于故障部件数量 Z<1，运维组不
续使用。随着备件的消耗，当在某一时刻 t 1 备件 足。此时 T 2 的值为变量，取决于运维组出海维护
库存的总数量下降到安全库存数量 s 个时，开始订 时间 t r，T 2∈t r。维修资源等待时间 T m 取决于两者
购 S-s 个新备件，备件交付周期为 t s。 （S，s）备件 中最长的准备时间，即 T m=max｛T 1，T 2 ｝。
库存管理策略如图 1 所示。从图 1 可以看出，在 对于 P j （P j>1）台部件发生故障，根据维修资
t 1+t s 时刻后，新的备件补充到备件库中。通常，在 源可分为两种情况：①维修资源充足，即备件库存
两个相邻的订购时刻内不进行备件订购，直到上 和运维组满足维护要求，即 N j≥P j 且 Z≥P M+P G，
一 次 订 购 的 备 件 到 达 以 后 ，再 进 行 新 的 备 件 此时 T m=0；②维修资源无法满足所有部件的维
订购。 护需要，即 N j<P j 或 Z<P M+P G，此时仅有 L j 个故
1.3 海上风电机组的故障修复流程 障部件满足维修资源约束，T m=0，剩余 Q j （Q j=
一个典型的海上风电机组大型部件故障修复 P j −L j ）台故障部件的维修资源等待时间 T m 取决
