摘要：本文介绍了当前国内风电可靠性管理基础数据现状、存在的不足及发展过程遇到的瓶颈。分析了新技术的进步和电力市场改革逐步深入，竞价交易的日趋完善，发展智能化可靠性管理系统已然成为提高新能源发电质量管理、安全管理和市场竞价服务水平的迫切需求。阐述了通过大量的数据模拟，建立了模拟量对应模型，最终建立风电智能化可靠性系统，并在野猫山、杨家房和白鹤厂风电场得到成功的推广应用。首创了国内风电设备可靠性管理系统，有效提高了风电场的经济效益和管理水平。在提升可靠性管理水平的研究方面走在了国内前列。
关键词：风电；智能化；可靠性；国内首创
前言：可靠性管理一直是电力行业用于掌握机组运行情况，对机组基础数据进行分析，并将分析用于指导生产，提高效益的重要手段之一。风电机组与水电、火电机组不同，呈现出单个风场机组台数多、不用设备厂家监控主控系统不同等特点，基础数据收集量非常大。在目前使用人工进行采集的基础上，人工工作效率低、数据错误率高，给基于基础数据的分析工作带来了不少障碍。为解决这个问题，对风电场智能化可靠性管理系统进行了研发和实施，并取得了较好的效果。
一、风电智能化可靠性管理系统现状分析
（一）外部环境对企业的要求
1、是加快推进经济建设的新要求
国家加快小康社会建设，推进一带一路建设。就风电而言，加强可靠性管理，提高电力系统的可靠性水平，是电力可持续发展的重要保障，关系到企业的可持续发展，企业要做强、做大、做优，就必须通过加强风电企业的可靠性管理，提高设备、机组和电网的可靠运行水平，使企业在新的电力市场竞争中具核心竞争力，最大程度的保证长期和短期利益的统一。使电力的发展与国民经济的发展相协调，保证电力工业更加安全可靠的运行，是对风电企业可靠性管理工作提出的新要求。
2、是深化电力企业改革与发展的新要求
电力体制改革后，电力市场主体出现了多元化的格局，在电力市场化交易越发完善，如何利用可靠性分析加强对风电企业运行维护工作的指导，开展全周期寿命管理，提高机组运行可靠性将是风电企业深化管理面临的新课题。在大电网、大机组、全员竞价和自动化、信息化发展的新阶段，如何完善一个全面、完整、真实的可靠性管理体系和可靠性信息体系，建立自动化、实时化的管理系统，将是可靠性管理工作的一项新的任务。
3、智能化管理系统是发电企业安全运行的重要基础
电力工业作为国民经济的基础产业，电力系统的安全运行关系到国民经济的持续健康发展，安全可靠是电力安全的重要基础。如何实现可靠性管理的智能化，是实现全面安全管理与质量管理的重要保障，是评价电力设备寿命周期和经济效益的一个最基本的判断依据。通过加强可靠性管理，可以对设备整个生命周期进行分析研究，举一反三，由单个设备情况推及全场设备情况，有效地掌握设备与电网的健康状况和安全水平，及时消除不安全隐患，为风电企业和电力设备安全运行奠定扎实的基础。
4、提升发电企业核心竞争力的内在需要
在电力市场监管和电力市场准入规则中，发、输、供侧商业可靠性指标体系有效地作为竞争的强制准则，每个参加市场竞争的企业必须服从。在国家电力监管委员会制定并颁发的《并网调度协议示范文本》、《发电厂并网运行管理规定》、《购售电合同示范文本》及2015年7月发布的《南方区域发电厂并网运行管理实施细则》中均明确指出，可靠性指标考核是考核的重要内容之一。所以创新可靠性管理体系，加强电力可靠性基础管理，为企业提供准确、及时、完整的基础数据是风电企业参加市场竞争的内在需要，也是提升在市场竞争中服务水平的迫切需求。
（二）企业内部提升管理水平的要求
1、是提升发电企业内部工作效率、工作质量的新要求
根据《发电设备可靠性评价规程》（DL/T 793-2012）和《风力发电可靠性评价规程（试行）》（2010年）规定，可靠性运行数据包括可靠性计算参数包括发电量、机组可用小时、计划停运小时、非计划停运小时、等效可用系数、运行小时数、场内受累备停小时数等19个发电设备可靠性评价指标。其中发电设施运行、备用、计划停运、非计划停运、非计划降低出力、停用等状态转变的起止时间和机组运行的各工况是可靠性管理的基础数据来源，对基本源数据的及时准确采集，是提高设备可靠性管理正确性的重要基础。可靠性原始数据采集使用的是运行人员从监控系统中统计的数据，数据采集后需再次由可靠性管理人员录入可靠性管理信息系统，存在数据采集通道不够顺畅、工作效率低等问题。
2、改变企业内部单向垂直传递信息，实现信息资源共享
发电可靠性管理信息系统与计算机监控系统是风电企业运行中两个相互独立的系统。发电设备可靠性管理系统能及时、准确、完整地反映发电设备、设施投入和运检情况，能通过对基础数据的分析实现了发电设备电可靠性的统计分析。监控系统涵盖设备实时在线情况及状变情况。然而对于风电场，由于风机容量、厂家的不同，同一风电场会存在多套计算机监控系统，且监控系统和可靠性管理系统之间也是相互独立的。风电场的这一特性造成了数据手工重复填报的问题越来越突出，技术人员的维护工作量也大大增加。
针对在不同系统间需要重复输入大量相同数据的现象，为了减少管理上的成本，优化工作效率，减少人为干扰因素，进一步提高可靠性管理水平，加强对可靠性管理信息系统的应用，增强风电企业的竞争力，建立一个智能化的风电可靠性管理系统势在必行。
二、风电智能化可靠性管理系统的主要做法
1、改变基础数据收集方式，消除可靠性管理短板。
可靠性管理是一门以数据分析为基础的管理科学，在传统风电可靠性管理过程中，由于风机台数多，基础数据收集数量多、难度大，数据收集与统计已经成为了风电可靠性管理的短板，导致管理人员疲于数据收集，分析层次及深度难以深入的问题特别突出。从表1可以看出，区别其他能源形式，风电可靠性管理基础数据多而杂，事件数据尤其是状态数据很多，且随着风机台数的增加，数据收集量会进一步增大。在对传统风电可靠管理模式下进行数据统计情况的分析后发现，每月数据采集的准确率不到80%，在录入系统后，基本都需要进行二次、甚至三次校正才能保证数据的准确性。另外，由于风机自动化程度高、风能波动性大导致风机启动较为频繁，传统管理模式通常由可靠性管理人员对故障事件进行判断，在参杂了人的主观判断后，误判率非常高。
表1 单台风机可靠性收集数据列表
为消除短板，提升数据采集的效率及质量，大胆的采用了智能化可靠性管理系统。通过智能化可靠性管理系统，能实现的第一个功能就是基础数据的全自动收集，并能将数据直接转入可靠性管理分析系统。通过将手动录入的方式改变为全自动采集模式，充分满足了可靠性管理工作对基础数据采集传输的真实性、及时性的较高要求。在对系统运行过程中的观察发现，获取的数据准确性非常高，在野猫山风电场运行的一年内未发生数据错误的情况，达到了100%的准确性。智能化可靠性管理系统的投入使用，改变了管理中的传统基础数据收集模式，完全消除了传统由人员进行数据收集并录入管理分析系统的过程误差，极大的减少了人工工作量，同时为进一步开展基于数据的分析工作提供了极大的便利。
2、建立并完善数据对应关系，优化可靠性管理流程。在传统风电可靠性管理过程中，由可靠性管理人员读取监控信息，并做出判断后录入可靠性管理分析系统。由于风机监控中反映出的基础数据、故障名称等和可靠性管理系统中完全不同，且一旦在同一个时间段内发生多个故障，在统计分析过程中，很容易发生误判及漏判的情况，影响可靠性分析工作的准确性。为了让可靠性系统能准确的从各级监控系统中获取数据并按照标准进行解析，在智能化可靠性管理系统中建立并完善了一套对应原则，首创了可靠性标准故障原因与监控故障对应模型，很大程度的优化了可靠性管理流程。在满足可靠性统计要求的基础上，通过对应原则，能将风机监控中不同类型的故障进行级别划分，按照事件原因编码直接呈现于可靠性管理主系统中，便于人员查看和分析。
智能化可靠性管理系统中的对应原则分为两大类，分别是基本对应关系和修正对应关系。
（1）基本对应关系: 主要是梳理可靠性管理过程中需要的常规运行数据，包括电量、风机状态变化等。
——风机状态（正常运行、无风、正常停机、待风）解析为可靠性事件状态（运行FS）；
——风机状态（故障、断连、大风）解析为可靠性事件状态（非计划停运UO）；
——风机状态（检修）解析为可靠性事件状态（计划停运）；
——风机状态（限功）解析为可靠性事件状态（调度停运备用）；
（2）修正对应关系：在保证基础数据统计的基础上，基于故障呈现的要求，结合监控系统中对故障的定义，建立了可靠性故障原因与监控系统故障对应模型:
——增加了对事件持续时间的判断，对风机非停事件根据事件进行了划分，分为小于2小时的事件和大于2小时的事件，以帮助运行人员对真实的非停事件进行确认；
——对无有效报警信号的事件自动修正为运行，比如某次故障停机有报警信号20（安全链断开），但后续无进一步报警信号，系统会收集事件，但不计入故障，此时运行人员在查看信息表后，可安排人员到现场对风机进行检查；
——系统能按照可靠性管理标准中对风机状变的描述，根据风机状态切换时间自动生成事件的起始时间和终止时间，事件单位精确到秒；
——统一了机组有功电量和机组非计划停运事件损失电量的计算规则，使统计值更准确并贴合实际，既能准确统计每台风机的发电量，同时能对风机因故障非停后造成的电量损失进行准确统计，这一点打破了以往风机非停期间损失电量只能通过人工计算，准确性低的常规；
——结合具体型号的风机设置与之对应的故障编码。
通过利用基本对应关系模型与修正关系模型，区别性的对报警信号进行级别分类，生成故障时将应用报警信号级别最小的故障；故障编码对应规则可以进行调整；针对某一条事件可以追溯查询事件时间段内所有的报警信号，这一规则能帮助运行人员在同一台风机发生多种原因造成非计划停运后，将所有事件层级逐一准确呈现，便于进行非停情况的分析。在两类故障关系对应模型帮助下，智能化可靠性管理系统获取解析数据的过程更为流畅，收集到的数据也更加全面、详实，既满足了可靠性管理标准规范的要求，也全面、实事求是的对风电场风电机组发生的所有事件进行了统计、归类；此外，还可以准确显示造成非停的主要故障部位和全部故障原因，让运行人员可以直接从数据中查看相关的事件数据，新系统的引入，全面优化了可靠性管理的流程，更加便于管理人员对故障、非计划停运事件等的分析。
3、引入新统计指标，丰富可靠性管理指标体系。
在国家颁布风电可靠性管理标准内，借鉴水电及火电的管理经验，将单台风机的运行状态定义为“运行”和“备用”两种。其中风机“运行”的定义是在电气上处于联接到电力系统的状态或虽未联接到电力系统但在风速条件满足时，可以自动联接到电力系统的状态。而在实际运行过程中，机组在运行状态时可以是带出力运行也可以是因风速过高或过低没有出力，对应的风机运行时间的统计就包含了实际转动时间以及风况不佳时的待机时间，也就是指标定义中的风电运行 状态实际上是包含了风机运行与备用的时间。与水电或火电机组相同指标进行对比，严格来说这一指标只能简单的判断风机对否可用，而无法直观反映单台风机的实际运行时间。在运用传统管理系统开展可靠性管理工作的过程中，可靠性管理人员发现，单凭对“风机运行时间”指标的统计，无法对风机整体运行情况进行评估，指标体系不够全面。在实际生产运行过程中，包括变桨系统故障、传动轴故障在内等众多缺陷，在分析原因时，由于缺失了对叶轮转动时间的统计，很难为缺陷故障的根本原因进行确定。
在智能化可靠性管理系统的研究过程中，通过大量的数据模拟，建立了模拟量对应模型，最终能根据监控系统中风机状态变化，提取数据，新增加了对风机叶轮实际转动时间的统计，也就是增加了对风电机组实际并入电网发电的时间的统计，填补了现行标准中的空白。在合“风机运行时间”和“叶轮转动时间”共同对风机运行情况进行分析，能准确的对单台风机转动部位的运行时间、启停状态等进行详细的分析。特别在对初步估计为转动部件故障造成的非停事件进行分析时，提供依据进行准确判断，能更精准的对故障部位情况进行分析，也就能更好的为风机整机和转动部位运行、维护计划提出建议，特别是能为风电机组状态检修、定检维护的实施提供数据支持，也能完善风机全寿命周期统计数据库的完整性。
4、省略中间环节，提升可靠性管理效率。
在传统风电可靠性管理过程中，可靠性管理分为四个阶段：数据收集与整理——对数据准确性及事件原因进行判断——录入可靠性管理系统进行进一步指标的计算与分析——结合指标体系开展全面的生产运行分析。受限于风电场多个系统的存在，传统可靠性管理中间环节多，工作效率低下，管理人员的中心在于收集数据与数据录入的前两个环节，而忽视了更为重要的指标计算分析与生产运行分析环节。通过智能化可靠性管理系统，直接将风电场监控系统与可靠性管理系统有机连接连来实现系统的各项工作。在已经实施本系统的风电场中发现，通过设置在风机厂家监控系统的发送接收程序，将数据全部汇总至数据采集服务器进行解析后直接发送到可靠性服务器，解决了三个不同监控厂家通信的问题，完全节省了中间环节，对复杂的管理过程进行简化，大幅提升管理效率。
并且在项目实施过程中，通过加装网络隔离装置，实现了智能化可靠性管理系统与监控系统数据单向传输，保证智能化可靠性管理系统能满足国家电力系统二次安防的要求。直接从监控系统取需要的数据，通过隔离装置再将数据发送至可靠性服务器。通过在系统服务器与可靠性服务器之间加装正向隔离装置，可以实现数据只能从系统服务器传输至可靠性服务器，而不能反向传输。这就避免了有数据从可靠性服务器端通过系统服务器传递至监控系统，对监控系统造成影响。另外，从实时监控系统传输出来的数据有两个呈现渠道，一个是通过网页访问的可靠性系统服务器，这部分数据只能对系统服务器内的数据进行查看，并没有编辑的功能；另一个是从可靠性管理系统中解析出来的数据，这部分数据只能在可靠性管理系统查看和编辑，并不能到数据传输的上一级进行查看和修改。就目前运行情况来看，数据的传输比较正常，也不存在影响甚至篡改监控系统数据的情况发生。
5、建立统一信息平台，降低可靠性管理难度。
传统可靠性管理工作由于需要在采集数据过程中对所记录的事件进行判断等，从而对可靠性管理人员要求较高，目前国家要求可靠性管理人员必须通过考试，持证上岗。在传统风电可靠性管理过程中，同时对管理人员提出了适应较大强度的基础数据收集整理工作，对数据的真实性、故障归类、事件的合理性进行判断，将数据进行整合分析提出切实有效且具有针对性的指导生产的措施这三个方面的要求，伴随着电力企业的发展壮大，以上要求只会越来越高。因此按照各级单位要求，要求在相关部门设置可靠性管理专职人员，专门开展可靠性管理公干做。为了降低管理难度，使更多的运维人员参与到可靠性管理工作中，结合实际开展相应的分析工作，在风电可靠性智能化管理系统中，采用了高亲和度的操作界面，使用最简单的操作，让所有人员能看到上传到接收系统中的数据及相应的事件名称、持续时间、是否故障等，便于不同的人员对数据进行处理、分析，降低了工作难度。不仅仅能提升可靠性专职管理人员对数据分析的能力，也能够使包括普通运维人员在内的非管理人员借助系统开展工作范围内的分析工作，实现全员可靠性管理的目标。
图3 可靠性管理系统界面图
6、转变思路，促进可靠性管理人员升级转型。
管理的最终目标是使各项工作最终都能为企业发展创造效益做贡献。可靠性管理的目标是在基础数据及指标计算的基础上，有效的开展运行分析工作，并将分析成果运用于生产实际中，由管理人员结合可靠性分析结果提出较现行生产运行实际更为优化的生产建议及意见。而在传统风电可靠性管理过程中，由于基础数据收集难、中间环节多、人工误判多等因素的影响，可靠性管理人员将过多的精力放于保证数据收集准确及时有效上，并且很多风电可靠性管理人员是由水电或火电管理人员转变而来，很容易忽略了如何开展有效生产运行分析工作。
在引入智能化可靠性管理系统后，可靠性管理四个环节中的前两个环节已经由手工模式转变为自动模式，已经实现了数据采集、转换、分析一体化，直接减少了可靠性管理人员数据收集的工作量。工作内容的转变，督促各级可靠性管理人员将工作中心转移到指标计算及数据分析乃至生产分析的工作上来。并通过对数据的不断深入的分析，是可靠性管理人员的思想发生了根本性的转变，由传统的“统计型”人员向“分析型”人员转变，实现了可靠性管理人员的自我升级转型。
三、项目取得的效果及运用
系统2016年6月份投入运行以来，经过一年的使用，风电智能化可靠性管理系统运行情况正常，超额实现了起初进行项目可研分析时对系统的要求。2017年在白鹤厂、杨家房风电场推广应用，这套系统在优化管理流程、充实管理标准、降低管理难度等方面起到了明显的作用，主要体现在一下几个方面：
1、保证数据采集的高准确与高及时性。
使用了该套系统之后，通过可靠性管理系统能够直接从监控系统获取数据，保证了管理过程中需要的基础数据能够被及时、准确统计，也能更好的协助风电运行人员与可靠性管理人员及时开展基于基础数据的可靠性管理、运行分析工作。从而对生产的有实际的指导意义。通过与同类型风电场进行比较，在使用本系统之后，采集数据、分析数据的时间由平均每月120小时减少到了48小时以内，效率提升明显。
2、全面实现数据的靶向查找。
通过智能化可靠性管理系统，可以对风机非停事件、风机运行时间、叶轮转动时间、利用小时数、可用小时数的重要的可靠性指标进行准确定位精确查找，为可靠性日常分析和特定事件分析提供了非常精确的基础数据，改变了传统可靠性管理方式下只能按顺序依次查看数据的模式，也为将来云数据条件下的可靠性管理奠定了坚实的基础。
3、通过系统提高了对生产的有效指导。
这是国内第一家采用全自动方式收集数据的风电场。通过工作方式的改进，使可靠性管理人员实现从根本上的思路转变。系统运行一年后，风电场运行人员已开始结合精准有效的可靠性数据开展对风机非计划停运情况的分析，根据结论提供了对风机维保、检修等工作提供更有实际意义的建议，使风机非停次数及时间大幅下降，还实现了2017年5月份全月无非停的目标，真正发挥可靠性管理工作指导生产的重要作用。另外，首次建立了监控系统与可靠性管理指标的对应模型，并创新性的提出统计风机叶轮实际运行时间这一重要指标，使得风电可靠性管理指标体系更为丰满。
4、智能化管理系统的良好扩展性。
本系统在设计开发过程中全面考虑了更多风机及监控系统的兼容性。在系统研发过程中风电场二期工期也随之投产。通过调整数据接收端部分解析程序，以最小的投资顺利将二期也接入了智能化可靠性管理系统。通过实践也验证了本系统具有良好的可扩展性，也便于其进一步推广在其他风电场进行推广运用。
5、管理水平与经济效益的双提升。
新系统的应用，不仅能实现可靠性数据的自动采集与处理，提高了可靠性数据统计的准确性，减少了人力资源成本。在目前云南省电力市场严峻及对新能源全额保障性收购的格局下，提高风电机组可靠性、提升风电场发电量是提高经济效益的根本，本系统数据可指导现场人员合理安排机组定期保养计划，及时发现机组缺陷及隐患，减少损失，提高机组可靠性指标，在同等条件下发电量增长约5%，营业收入增长约3%（考虑市场化交易影响），风电场各项经济指标呈良好增长趋势，实现管理水平和经营效益的双提升。
6、项目首创性。
在对提升可靠性管理水平方面的研究，本系统走在了前列。本项目的实施有助于提高我国风电可靠性基础管理水平，有助于提高可靠性基础数据采集的技术水平，加快可靠性基础数据采集速度、提高可靠性数据的准确度，对提高整个风电行业可靠性性管理水平具有重要的参考价值。
参考文献：
《并网调度协议示范文本》
《发电厂并网运行管理规定》、
《购售电合同示范文本》
《南方区域发电厂并网运行管理实施细则》2015年版
《发电设备可靠性评价规程》（DL/T 793-2012）
《风力发电可靠性评价规程（试行）》（2010年）
论文作者:杜少山,袁筠
论文发表刊物:《电力设备》2018年第27期
论文发表时间:2019/3/14
标签：可靠性论文; 数据论文; 风机论文; 管理系统论文; 风电论文; 管理人员论文; 基础论文; 《电力设备》2018年第27期论文;