Page 110 - 电力与能源2024年第四期

504 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

于备件的订购周期 t s 和运维组出海维护时间 t r。 ——可用备件数量满足维护约束；式（5）——运维
天气等待时间 T w 取决于出海维护期间的天 组满足维护约束；Z——t时刻可用运维组数量。
气状况，主要有两种情况：①出海维护期间的风速 此时风电场进行故障维护所花费的成本包括
满足最大风速约束，即 max（v t…v t+tf ）≤V f，此时认 运维组出海成本、更换成本以及停机损失，即：
j
j
j
为运维组在接下来的 t r 时间内可以连续执行维护 C i. c ( t )= c team + c r + c cd （6）
j
任务，T w=0；②出海维护期间的风速不满足最大 式中 C i.c ( t )——t 时刻风电场对风机 i 的部件 j
c
风速约束，即 max（v t…v t+tf ）>V f，即需等适航天气 进行故障维护的成本； team——单个运维组出海成
j
j
后再出海维护，此时 T w 的值与天气状况和出海维 本； c r——部件 j 更换成本； c cd——部件 j 更换时的
护时间 t r 有关。 停机损失。
j
c cd 可根据下式计算获得：
2 风电场运维和备件管理模型建立 t + t f
j
c cd = c 0 ⋅ ∫ p( v t ) dt （7）
结合海上天气因素，在考虑有限运维资源约 t
式中 p（v t ）——风机功率曲线；c 0——海上风电
束的情况下，提出了一种海上风电机组大型部件
上网电价。
故障更换以及与之相配合的（S，s）备件订购策略。
（2）不能同时满足风速、可用备件和运维组这
并根据所提出的策略建立了海上风电场备件优化
三种约束，即：
模型。
)> V f ∩ 1 > N j ∩ 1 > Z （8）
max ( v t⋯v t + tf j
2.1 海上风电机组故障更换成本模型
式（8）表示风速、备件和运维组至少有一个约
将风机 i 中的部件 j（j 表示齿轮箱 M 或发电机
束不满足维护要求。
j
G）在 任 意 时 刻 t 的 退 化 状 态 记 为 X i ( t )。 当
由于不满足出海维护约束，此时进行维护等
j
X i ( t )= 0 时，表示部件 j 处于全新状态，假设部件
待。等待同时满足维护约束后，再执行延迟故障
故障更换阈值为 X fj，由于这是一个多风机多部件
更换任务。由于延迟故障维护相比正常的故障维
的系统，根据上述维护策略，风电场的故障类型可
j
护增加了出海等待时间 T d，此时风电场进行延迟
以分为以下两类。
故障维护所花费的成本由故障维护成本和出海等
2.1.1 风电场单台风机部件故障
待产生的停机损失组成，即：
在 t 时刻，若风电场中单台风机 i 的部件 j 发
j j j
C i. dc ( t )= C i. c ( t )+ c d （9）
生故障（即状态劣化值达到故障更换阈值），则：
式中 C i.dc ( t )——t 时刻风电场对风机 i 中部件 j
j
j
X i ( t ) ≥ X fj （2） j
进行延迟故障维护的成本； C d——出海等待产生
此时，部件 j 需要进行故障更换，但能否进行
的停机损失。
更换取决于是否满足维护约束，以下分两种情况
j
C d 可根据下式计算获得：
进行讨论。
t + T d j
j p( v t ) dt
（1）同时满足风速、可用备件和运维组这 3 种 c d = c 0 ⋅ ∫ （10）
t
j
约束，即： 式中 T d——部件 j 进行故障更换前的出海等待
（3） 时间。
max ( v t⋯v t + tf j )≤ V f
N j ≥ 1 （4） 从故障发生开始计算直到风速、备件和运维
Z ≥ 1 （5） 组同时满足约束条件时截止，即：
式中 式（3） ——维护期间风速满足维护约束； T d = max{T 1，T 2，T 3} （11）
j
t fj——部件 j 故障更换所需时间；V f——维护过程 2.1.2 风电场多台风机不同类型部件故障
允许的最大风速；v t——t 时刻风电场风速；式（4） 在 t 时刻，风电场发生多台风机不同类型部件