金風(fēng)科技股份有限公司技術(shù)項(xiàng)目經(jīng)理趙世培：風(fēng)電行業(yè)發(fā)展下機(jī)組壽命評(píng)估技術(shù)

2023年10月16日-19日，2023北京國(guó)際風(fēng)能大會(huì)暨展覽會(huì)（CWP2023）在北京如約召開。作為全球風(fēng)電行業(yè)年度最大的盛會(huì)之一，這場(chǎng)由百余名演講嘉賓和數(shù)千名國(guó)內(nèi)外參會(huì)代表共同參與的風(fēng)能盛會(huì)，再次登陸北京，聚焦中國(guó)能源革命的未來。

本屆大會(huì)以“構(gòu)筑全球穩(wěn)定供應(yīng)鏈 共建能源轉(zhuǎn)型新未來”為主題，將歷時(shí)四天，包括開幕式、主旨發(fā)言、高峰對(duì)話、創(chuàng)新劇場(chǎng)以及關(guān)于“全球風(fēng)電產(chǎn)業(yè)布局及供應(yīng)鏈安全”“雙碳時(shí)代下的風(fēng)電技術(shù)發(fā)展前景”“國(guó)際風(fēng)電市場(chǎng)發(fā)展動(dòng)態(tài)及投資機(jī)會(huì)”“風(fēng)電機(jī)組可靠性論壇”等不同主題的21個(gè)分論壇。能見App全程直播本次大會(huì)。

10月18日上午，金風(fēng)科技股份有限公司技術(shù)項(xiàng)目經(jīng)理趙世培在風(fēng)電產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新論壇I上發(fā)表題為《風(fēng)電行業(yè)發(fā)展下機(jī)組壽命評(píng)估技術(shù)》的主題演講。

以下為發(fā)言全文：

大家上午好，今天非常榮幸能有機(jī)會(huì)和各位業(yè)界同仁一起探討關(guān)于機(jī)組壽命評(píng)估技術(shù)話題，對(duì)于風(fēng)電技術(shù)人員來講，壽命評(píng)估不是一個(gè)新話題，但隨著風(fēng)電行業(yè)的發(fā)展，基于新的業(yè)務(wù)場(chǎng)景和訴求，回歸對(duì)基礎(chǔ)技術(shù)的研究和嘗試，在這個(gè)過程中，形成了新的解決方案，因此，在這里和大家做一個(gè)分享。

第一部分，現(xiàn)狀與訴求。

簡(jiǎn)單看兩組數(shù)據(jù)，第一組，新裝機(jī)趨勢(shì)變化，從數(shù)據(jù)可看出機(jī)組大型化趨勢(shì)明顯；第二組，機(jī)組臺(tái)數(shù)-運(yùn)行年限分布，截止2022年，運(yùn)行10年以上的機(jī)組臺(tái)數(shù)達(dá)到近5萬。兩組數(shù)據(jù)背后的訴求是什么呢？

針對(duì)“新生”風(fēng)場(chǎng)，大型化趨勢(shì)下是對(duì)安全性越來越重視，過去的方法可靠程度是否有降低？同時(shí)針對(duì)電價(jià)周期波動(dòng)，資源差異項(xiàng)目，是否能在滿足安全性的基礎(chǔ)上通過精準(zhǔn)的壽命調(diào)度提升風(fēng)場(chǎng)的收益？

針對(duì)“中年”在役風(fēng)機(jī)的困擾在于面對(duì)“千場(chǎng)千策”局面，改造如何開展？如何優(yōu)選方案？如何為運(yùn)維提供更精準(zhǔn)的維護(hù)策略指導(dǎo)？如何來挖掘風(fēng)機(jī)的能力等。

基于以上兩種場(chǎng)景，歸為一類問題。從技術(shù)角度來看，如果能建立一套更為精細(xì)、可靠的壽命評(píng)估體系，那么以上問題將迎刃而解。

第二部分，總體技術(shù)路線。

左圖表示隨時(shí)間變化，風(fēng)機(jī)剩余壽命變化的曲線。為方便理解，我把風(fēng)機(jī)的一生也定義了不同階段：新生、中年和老年。綠色的線是通?；诖_定性的方法評(píng)估機(jī)組剩余壽命變化曲線。然而事實(shí)上，由于風(fēng)機(jī)面臨的外界環(huán)境千變?nèi)f化，圖中這條“曲折”的曲線才是機(jī)組真實(shí)的剩余壽命曲線，那么如何才能獲得這條真實(shí)的曲線呢？把目光移到右圖，整體方案包含三個(gè)必要環(huán)節(jié)：數(shù)據(jù)分析、技術(shù)實(shí)現(xiàn)、在線監(jiān)測(cè)。

進(jìn)而繼續(xù)具象技術(shù)路線，1模型驅(qū)動(dòng)的評(píng)估方法：也就是我們仿真模型；2.數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)評(píng)估方法：擺脫仿真軟件，但要建立機(jī)組SCADA數(shù)據(jù)與載荷關(guān)系的預(yù)測(cè)模型，進(jìn)而對(duì)壽命進(jìn)行評(píng)估。以上兩種方法還是以確定性的方法評(píng)估機(jī)組壽命，即綠色的剩余壽命評(píng)估曲線。為了得到或更接近真是情況，我們?cè)趬勖u(píng)估中引入了3.概率的評(píng)估方法：可以簡(jiǎn)單理解為輸入的每個(gè)變量都是一個(gè)概率分布，而不是一個(gè)確切的值。這樣就回答了前面的問題，即針對(duì)“新生”風(fēng)電場(chǎng)，用不確定度+X的評(píng)估方式，獲得更精準(zhǔn)的壽命預(yù)測(cè)。對(duì)于“中年”機(jī)型，通過不確定性+X的評(píng)估方式，獲得風(fēng)機(jī)過去壽命的消耗曲線，以及預(yù)測(cè)以后的壽命變化。

要實(shí)現(xiàn)以上不確定度+X的評(píng)估方式，還有兩個(gè)基礎(chǔ)條件。一是數(shù)據(jù)量要足夠大，金風(fēng)注重對(duì)數(shù)據(jù)積累，在手10000+實(shí)測(cè)原始風(fēng)數(shù)據(jù)，每天產(chǎn)生GB級(jí)風(fēng)機(jī)運(yùn)行數(shù)據(jù)和TB級(jí)的業(yè)務(wù)仿真數(shù)據(jù)。這為概率分析方法，打下非常堅(jiān)實(shí)的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。二是要消除黑匣子，得益于金風(fēng)自研GTSim仿真軟件，使得從機(jī)理上理解動(dòng)力學(xué)評(píng)估模型，使模型不確定度的量化有了可行性。金風(fēng)始終堅(jiān)持技術(shù)創(chuàng)新，在大量數(shù)據(jù)分析和自研軟件加持下，獲得風(fēng)機(jī)真實(shí)的壽命曲線。

第三部分，技術(shù)實(shí)現(xiàn)

模型驅(qū)動(dòng)的方法：如圖包含四個(gè)基本的方面，這里需要重點(diǎn)關(guān)注的是，針對(duì)在役機(jī)組歷史SCADA數(shù)據(jù)能否建立快速分析標(biāo)準(zhǔn)，并使其自動(dòng)化、平臺(tái)化，這是做的過程中遇到的挑戰(zhàn)。

數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)方法：如圖包含五個(gè)基本方面，這里值得注意的是如何使得預(yù)測(cè)模型更準(zhǔn)確，更強(qiáng)的泛化能力。下面是我們?cè)诤幽夏稠?xiàng)目的結(jié)果，同時(shí)和第三方機(jī)構(gòu)也做了背靠背對(duì)標(biāo)工作，從結(jié)果上看，金風(fēng)自研壽命預(yù)測(cè)模型達(dá)到了很好的效果。

概率評(píng)估方法：第一類，風(fēng)參數(shù)-壽命的概率模型，通過確定風(fēng)參變量的概率分布，模型參數(shù)的概率分布，獲得載荷及強(qiáng)度概率分布，再進(jìn)一步得到壽命的概率分布，也就是真實(shí)的剩余壽命曲線。第二類，基于風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)評(píng)估方法，把輸入變量分為兩大類，確定每個(gè)輸入量的不確定度等級(jí)，并量化其對(duì)關(guān)鍵載荷的敏感度等級(jí)，再通過加權(quán)平均獲得其風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)，同時(shí)建立對(duì)應(yīng)風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)下的安全系數(shù)，從而或者壽命的不確定度。以上不僅對(duì)數(shù)據(jù)分析要求較高，也對(duì)動(dòng)力學(xué)機(jī)理有更高的要求。至此，其實(shí)我們回歸到了壽命評(píng)估的本質(zhì)，即風(fēng)險(xiǎn)概率的評(píng)估。概率設(shè)計(jì)方面，未發(fā)布的IEC61400-09、IEC61400-28均已經(jīng)提出在相關(guān)方向的標(biāo)準(zhǔn)，這也為我們的技術(shù)探索指明了方向。

第四部分，業(yè)務(wù)實(shí)踐。

關(guān)于業(yè)務(wù)的實(shí)踐，金風(fēng)獲得了相關(guān)的技術(shù)認(rèn)證，并且搭建了智能化SCADA數(shù)據(jù)分析平臺(tái)等。

最后作為一名金風(fēng)人，我有一個(gè)小小展望。

在風(fēng)電這場(chǎng)長(zhǎng)跑中，我們要：

更懂風(fēng)機(jī)：以技術(shù)為雙腳，腳踏實(shí)地，和風(fēng)機(jī)交個(gè)朋友

擁抱變化：以技術(shù)為工具，具象不確定，展現(xiàn)其真實(shí)性

創(chuàng)造價(jià)值：為風(fēng)電場(chǎng)提供更可靠，更安全的定制化方案