CN113420894B - 一种海上风电机组设备的检修方案制定系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供的一种海上风电机组设备的检修方案制定系统及方法，包括以下步骤：获取设定时间内场内每个风电机组中每个原始设备的健康度；根据每个原始设备的健康度判断各个风电机组中的所有原始设备是否异常；统计异常的原始设备；根据统计结果制定检修方案；本发明能够减少运维人员及运维船只出海次数，提升单次检修效率，降低检修成本，减少因故障检修造成的停机时长。

Description

一种海上风电机组设备的检修方案制定系统及方法

技术领域

本发明属于风电领域，具体涉及是一种海上风电机组设备的检修方案制定系统及方法。

背景技术

海上风电机组单机容量更大、运行环境相比陆上更恶劣，长期的盐雾和海水腐蚀使得海上风电机组故障率较高，维护工作量可达到陆上机组的2-4倍，同时，停机带来的经济损失也更大。此外，海上风电维护作业环境恶劣，风浪、台风、风暴潮、团雾、雷雨等恶劣天气造成交通运输不便，严重地缩短了维护作业的窗口期，降低了维护可及性，增加了维护难度和维护成本。

目前，海上风电场运维模式主要借鉴陆上风电运维模式，通常采用定期运维(依据事先制定的维护计划进行的风电机组预防性检查与维护)和消缺性运维(故障发生后进行的维护)的方式，人工或就地运维仍是当前运维工作的主要手段，存在运维周期长、运维效率不高等问题。未来在海上推行以预防性运维与预测性运维为基础的检修策略，需要开展检修优化设计，有针对性地开展运维工作，实现运维智能化，精准化，机器化。

发明内容

本发明的目的在于提供一种海上风电机组设备的检修方案制定系统及方法，解决了现有技术中存在的上述不足；本发明针对风电机组运行工况复杂，运行环境恶劣，影响设备检修维度多等特点；在运维期可综合考虑设备的健康状态、检修类型、天气、船舶、人员、窗口期、经济性等多种因素，设计及优化检修计划，实施设备检修,根据维修反馈设置巡检周期。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

本发明提供的一种海上风电机组设备的检修方案制定方法，包括以下步骤：

获取设定时间内场内每个风电机组中每个原始设备的健康度；

根据每个原始设备的健康度判断各个风电机组中的所有原始设备是否异常；

统计异常的原始设备；

根据统计结果制定检修方案。

优选地，根据每个原始设备的健康度判断各个风电机组中的所有原始设备是否异常，具体方法是：

根据得到的健康度判断每个风电机组中每个原始设备的健康状态，并输出四个健康状态矩阵，四个健康状态矩阵分别是健康设备矩阵、需要关注设备矩阵、需要安排检修设备矩阵以及需要立刻检修设备矩阵；

若需要关注设备矩阵、需要安排检修设备矩阵以及需要立刻检修设备矩阵中的秩均为零，则输出所有风电机组的各个原始设备均正常；否则为异常。

优选地，根据得到的健康度判断每个风电机组中每个原始设备的健康状态，并输出四个健康状态矩阵，具体方法是：

根据原始设备的实际状态构建四个健康状态矩阵，其中，四个健康状态矩阵中的元素构成为：

若第x号机组第y号原始设备的健康度值大于等于每个健康状态矩阵对应的最小健康度值，且小于等于健康状态矩阵对应的最大健康度值时，则将该第y号原始设备的编号最为对应的健康状态矩阵中第x行第y列对应的元素；否则将该健康状态矩阵中第x行第y列对应的元素记为零。

优选地，统计异常的原始设备，具体方法是：

分别提取需要关注设备矩阵、需要安排检修设备矩阵以及需要立刻检修设备矩阵中非零元素所在位置信息组成新矩阵C1，其中，C1矩阵中第一列为风机编号，第二列为需要安排检修的设备编号；

统计矩阵C1第一列与第二列元素分布情况并以矩阵C1R1与矩阵C1R2输出，其中，C1R1矩阵第一列为风机编号，第二列为需要安排检修的设备个数；C1R2矩阵第一列为设备编号，第二列为出现同一设备问题的风机台数。

优选地，根据统计结果制定检修方案，具体方法是：

根据统计结果确定是否需要安排检修；

确定需要安排检修的原始设备是否需要进行组合检修；

根据确定结果制定检修方案。

优选地，根据统计结果确定是否需要安排检修，具体方法是：

若矩阵C_1R1第二列有元素出现次数大于1时，则表明同一风机多设备需要安排检修；

若矩阵C_1R2第二列有元素出现次数大于1时，则表明多个风机同一设备需要安排检修。

优选地，确定需要安排检修的原始设备是否需要进行组合检修，具体方法是：

将场内风机根据作业窗口期进行分类，得到三个作业矩阵，三个作业矩阵分别为作业矩阵A2、作业矩阵B2和作业矩阵C2；

若矩阵C1R2中出现相同检修内容的多个风机处于同一作业矩阵，则进行组合检修。

优选地，检修方案包括检修工作是否需要备品、确定待检修风电机组的维修人员，以及计算各个风电机组的巡检周期。

一种海上风电机组设备检修的优化设计系统，该系统能够运行所述的一种海上风电机组设备的检修方案制定方法，包括：

数据采集单元，用于获取设定时间内场内每个风电机组中每个原始设备的健康度；

数据判断单元，用于根据每个原始设备的健康度判断各个风电机组中的所有原始设备是否异常；

统计单元，用于统计异常的原始设备；

方案制定单元，用于根据统计结果制定检修方案。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明提供的一种海上风电机组设备的检修方案制定方法，在设备量化健康度评价基础之上，结合运维期可综合考虑设备的运行状态、检修类型和窗口期多种因素，设计及优化检修计划；采取本发明提出的海上风电机组设备检修的优化设计方法，可以减少运维人员及运维船只出海次数，提升单次检修效率，降低检修成本，减少因故障检修造成的停机时长。

附图说明

图1是本发明的流程图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明进一步详细说明。

如图1所示，本发明提供的一种海上风电机组设备的检修方案制定方法，包括以下步骤：

步骤1，选择△t时间内反映每个风电机组中的每个原始设备健康状态的健康度矩阵HD，原始设备健康度矩阵为n行m列，对应n台机组，第1列为机组编号，2-m列分别为不同设备健康度，这里以5台机组，每台机组4个设备为例，健康度矩阵HD如下表所示：

表1原始设备健康状态的健康度矩阵HD

步骤2，设置循环算法，根据设备健康度矩阵逐项判断各风机各设备健康状态，结果输出为A、B、C、D四个矩阵，分别对应健康设备矩阵、需要关注设备矩阵、需要安排检修设备矩阵以及需要立刻检修设备矩阵，具体如表2：

表2 A、B、C、D矩阵设置方式

每个矩阵中包括每个风电机组的每个原始设备，其中，A、B、C、D四个矩阵均为n行m-1列，各矩阵中第x行第y列对应的元素k表示第x号机组第y号原始设备的状态，若k＝0，表示该设备状态不在当前矩阵中，若k＝y，表示该设备状态在当前矩阵中。

以C矩阵为例，第二行第一列元素为0，第二行第二列元素为2，第二行第三列数据为3，第二行第四列元素为0，表明2号机组1号设备、2号机组4号设备状态不在C矩阵(需要安排检修设备矩阵)中，2号机组2号设备、2号机组3号设备状态为需要安排检修。

当矩阵B、C、D的秩均为0，输出所有风电机组的各个原始设备均正常，并获取△t+△t₁时间段每个风电机组中每个原始设备的健康度矩阵重复步骤2；

当矩阵B、C、D中存在非零秩，则进入下一步，根据步骤1中健康度矩阵HD计算可得：

步骤3，选取C矩阵为例，表明存在设备处于需要安排检修状态。判断C矩阵中是否存在同一机组多个不同设备或者多台机组同一设备需要安排检修，具体方法：

设置循环算法提取C矩阵中非零元素所在位置信息组成新矩阵C₁并重新排序(此矩阵为J行2列，矩阵秩为J)，C₁矩阵中第一列为风机编号，第二列为需要安排检修的设备编号。统计矩阵C₁第一列与第二列元素分布情况并以矩阵C_1R1与矩阵C_1R2输出。C_1R1矩阵第一列为风机编号，第二列为需要安排检修的设备个数，C_1R2矩阵第一列为设备编号，第二列为出现同一设备问题的风机台数，进入下一步，各矩阵如下所示：

步骤4，根据上步骤得到的结果，判断是否需要进行组合检修。具体方法为：

判断步骤3中得到的矩阵C_1R1与矩阵C_1R2的第二列是否存在元素重复出现。若矩阵C_1R1第二列有元素出现次数大于1，表明存在同一风机多设备需要安排检修；若矩阵C_1R2第二列有元素出现次数大于1，则表明存在多个风机同一设备需要安排检修。存在此种情况即表明可能需要进行组合维修，进入下一步。反之，则不存在组合检修的必要，直接进入步骤6。

实施例：根据矩阵C_1R1可以分析出2号风机2类设备需要安排检修，3号风机1类设备需要安排检修，5号风机2类设备需要安排检修；2号设备有一台风机需要安排检修，3号设备有3台风机需要安排检修，4号设备有1台风机需要安排检修。存在此种情况即表明存在单台风机多任务组合维修，可能需要进行多台风机同一任务组合维修，进入下一步。

步骤5，根据步骤4中得到的矩阵C_1R1与矩阵C_1R2进行制定组合检修策略，首先将场内风机根据作业窗口期进行分类，分为A2、B2、C2矩阵，分别对应未来时间内可到达作业、部分时间可到达作业、不可到达。

判断矩阵C_1R2中出现相同检修内容的多个风机是否处于同一窗口矩阵。若存在风机处于同一窗口矩阵，则可以进行组合；若不满足，则无法进行有效组合。进入下一步。

实施例：这里采用随机向量组成矩阵表示各窗口矩阵。矩阵如下所示，则可判断C_1R1与C_1R2矩阵中2号与3号风机位于可以到达矩阵，5号风机位于不可到达矩阵；因此判断2号风机2号设备、3号设备与3号风机3号设备可以采用组合检修。

步骤6，判断检修工作是否需要备品，其中，若检修工作不需要备品，则直接进入步骤7；若存在检修工作需要备品，则准备备品后进入步骤8。

实际应用中应调用故障知识库进行分析，本步骤中采用随机向量判断2号设备与3号设备是否需要备品，如下所示：

步骤7，判断△t时间内需要关注的2号风机与3号风机周围是否存在正在执行任务的人员，若附近存在队伍，则通知执行任务的人员采取机会检修；若附近无正在执行任务的人员，进入步骤8。

本步骤中采用随机向量判断2号风机与3号风机附近是否存在作业队伍，实际应用中调用船舶人员信息即可，如下所示：

虽然3号风机附近存在作业队伍，然而组合维修任务中部分任务需要备品，其中2号风机2号设备检修工作不需要备品，进而可以采用机会检修的方式。

步骤8，判断是否具备人员、船只出海维修条件，其中，满足条件则出海执行维修，不满足则等候出海条件。

实施例：满足条件则出海执行2号风机与3号风机3号设备维修，不满足则等候出海条件。

步骤9，根据风机与设备发生告警以及检修的记录设置动态巡检周期，对于记录中高频发生告警与检修设备，巡检周期应相应缩短，具体计算公式如下：

其中，T_Opt代表优化之后的巡检周期(天)，T_Ori表示原始巡检周期，F表示巡检周期内发生的告警检修频次(次/天)，F_l表示上一个巡检周期内发生的告警检修频次(次/天)。

Claims (3)

1.一种海上风电机组设备的检修方案制定方法，其特征在于，包括以下步骤：

获取设定时间内场内每个风电机组中每个原始设备的健康度；

根据每个原始设备的健康度判断各个风电机组中的所有原始设备是否异常；

统计异常的原始设备；

根据统计结果制定检修方案；

根据每个原始设备的健康度判断各个风电机组中的所有原始设备是否异常，具体方法是：

根据得到的健康度判断每个风电机组中每个原始设备的健康状态，并输出四个健康状态矩阵，四个健康状态矩阵分别是健康设备矩阵、需要关注设备矩阵、需要安排检修设备矩阵以及需要立刻检修设备矩阵；

若需要关注设备矩阵、需要安排检修设备矩阵以及需要立刻检修设备矩阵中的秩均为零，则输出所有风电机组的各个原始设备均正常；否则为异常；

根据所述的健康度判断每个风电机组中每个原始设备的健康状态，并输出四个健康状态矩阵，具体方法是：

根据原始设备的实际状态构建四个健康状态矩阵，其中，四个健康状态矩阵中的元素构成为：

若第x号机组第y号原始设备的健康度值大于等于每个健康状态矩阵对应的最小健康度值，且小于等于健康状态矩阵对应的最大健康度值时，则将该第y号原始设备的编号作为对应的健康状态矩阵中第x行第y列对应的元素；否则将该健康状态矩阵中第x行第y列对应的元素记为零；

统计异常的原始设备，具体方法是：

分别提取需要关注设备矩阵、需要安排检修设备矩阵以及需要立刻检修设备矩阵中非零元素所在位置信息组成新矩阵C₁，其中，C₁矩阵中第一列为风机编号，第二列为需要安排检修的设备编号；

统计矩阵C₁第一列与第二列元素分布情况并以矩阵C_1R1与矩阵C_1R2输出，其中，C_1R1矩阵第一列为风机编号，第二列为需要安排检修的设备个数；C_1R2矩阵第一列为设备编号，第二列为出现同一设备问题的风机台数；

根据统计结果制定检修方案，具体方法是：

根据统计结果确定是否需要安排检修；

确定需要安排检修的原始设备是否需要进行组合检修；

根据确定结果制定检修方案；

根据统计结果确定是否需要安排检修，具体方法是：

若矩阵C_1R1第二列有元素出现次数大于1时，则表明同一风机多设备需要安排检修；

若矩阵C_1R2第二列有元素出现次数大于1时，则表明多个风机同一设备需要安排检修；

确定需要安排检修的原始设备是否需要进行组合检修，具体方法是：

将场内风机根据作业窗口期进行分类，得到三个作业矩阵，三个作业矩阵分别为作业矩阵A2、作业矩阵B2和作业矩阵C2；

若矩阵C_1R2中出现相同检修内容的多个风机处于同一作业矩阵，则进行组合检修。

2.根据权利要求1所述的一种海上风电机组设备的检修方案制定方法，其特征在于，检修方案包括检修工作是否需要备品、确定待检修风电机组的维修人员，以及计算各个风电机组的巡检周期。

3.一种海上风电机组设备的检修方案制定系统，其特征在于，该系统能够运行权利要求1-2中任一项所述的一种海上风电机组设备的检修方案制定方法，包括：

数据采集单元，用于获取设定时间内场内每个风电机组中每个原始设备的健康度；

数据判断单元，用于根据每个原始设备的健康度判断各个风电机组中的所有原始设备是否异常；

统计单元，用于统计异常的原始设备；

方案制定单元，用于根据统计结果制定检修方案。