1、第 44 卷第 7 期2023 年 7 月电力建设Electric Power ConstructionVol.44No.7Jul 2023http:/www cepc com cn基金项目:国家重点研发计划项目(SQ2021YFB2500109)考虑台风影响的海上风电机组双层检修策略赵君宇1，高山1，徐路2，赵欣1，黄阮明3，于子韵1(1 东南大学电气工程学院，南京市 210000;2 国网江苏省电力有限公司徐州供电分公司，江苏省徐州市 221000;3 国网上海市电力公司，上海市 201100)摘要:台风等极端天气频发，给海上风电机组检修计划的制定带来了挑战。一方面，定期检修不能及时应对台
2、风等恶劣天气的影响，而状态检修随机的检修时段不便于实际操作;另一方面，海上风电机组定期检修计划需要合理考虑多方面因素。因此，考虑台风影响，提出双层检修优化策略:上层定期检修优化以检修成本、海上风电系统送出能力、受端电网可靠性三方面的指标综合评分为优化目标;下层状态检修优化以检修成本最小为目标，在上层定期检修优化之上优化安排状态检修计划。之后通过算例对所提双层检修策略进行对比评估。算例表明，与定期检修和状态检修相比，所提双层检修计划能够在检修成本增幅不大的情况下，有效提高系统可靠性和海上风电系统送出能力。关键词:海上风电;台风;检修计划;指标综合评分Double-layer Maintenanc
3、e Strategy for Offshore Wind TurbinesConsidering Impact of TyphoonZHAO Junyu1，GAO Shan1，XU Lu2，ZHAO Xin1，HUANG uanming3，YU Ziyun1(1 School of Electrical Engineering，Southeast University，Nanjing 210000，China;2 State Grid Xuzhou Power Supply Company，Xuzhou 221000，Jiangsu Province，China;3 State Grid Sh
4、anghai Municipal Electric Power Company，Shanghai 201100，China)ABSTACT:Frequent occurrences of extreme weather events，such as typhoons，pose challenges to the development ofmaintenance plans for offshore wind turbines Periodic maintenance cannot promptly deal with the impact of severe weathersuch as t
5、yphoons，while condition-based maintenance is infeasible for practical operation owing to random maintenanceperiods Periodic maintenance plans for offshore wind turbines require the careful consideration of various factors Therefore，considering the impact of typhoons，this paper proposes a two-level m
6、aintenance optimization strategy:the upper level periodicmaintenance optimization considers the comprehensive score of the maintenance cost，transmission capacity of offshore windpower systems，and reliability of the receiving-end grid as optimization objectives;the lower-level condition-based mainten
7、anceoptimization considers the minimum maintenance cost as the goal and optimizes the arrangement of the condition-basedmaintenance plan above the upper-level periodic maintenance optimization Subsequently，an example is provided to compareand evaluate the proposed two-layer maintenance strategy The
8、example shows that，compared with periodic maintenance andcondition-based maintenance，the proposed double-layer maintenance plan can effectively improve the reliability of thereceiving-end grid and the transmission capacity of offshore wind power systems with a small increase in maintenance costsThis
9、 work is supported by the National Key esearch and Development Program of China(No SQ2021YFB2500109)KEYWODS:offshore wind power;typhoon;maintenance plan;comprehensive indicator score中图分类号:TM711文献标志码:A文章编号:1000 7229(2023)07 0121 10DOI:10.12204/j issn.1000 7229.2023.07.0130引言我国海上风能储量巨大，是前景广阔的清洁能源，我国海上
10、风电装机容量预计于 2025 年底达到3 000 万 4 000 万 kW1-2。但海上风电机组经常遭受台风的侵袭，导致故障率显著增加甚至损坏停机3。台风等恶劣天气给海上风电检修计划的制定电 力 建 设第 44 卷http:/www cepc com cn带来了巨大压力。海上风电机组的检修大致可分为定期检修和状态检修 2 种4。对于定期检修，文献 5 在制定检修计划时考虑风电出力季节特性，提高了风电消纳能力;文献 6 提出了非参数核密度估计的风电电量预测方法，并基于此对检修计划进行优化;文献 7考虑风电不确定性，引入鲁棒优化理论，保证检修决策的经济性和安全性。而对于状态检修，文献 8 以风电机
11、组单个部件的可靠性为约束对风电机组进行预防性检修;文献 9基于可靠性，采用排队理论和数据包络分析方法确定各个部件的维修方式及次序;文献 10 提出了一种基于状态信息的海上风机综合检修优化策略;文献 11 基于部件的相关性，构建了海上风电机组预防性维护优化模型。以上单纯的定期检修没有考虑到恶劣天气会加快风电机组部件的劣化过程，其固定的检修时段无法灵活应对随机发生的恶劣天气。而单纯的状态检修需要较多的状态监测资源和成本12-13，其检修时间取决于海上风电机组部件的劣化过程，易受台风等恶劣天气的影响而随机性较大，给实际检修的人员调动等带来困难，甚至无法保证某些时段的系统可靠性。因此，有必要研究定期检
12、修与状态检修的结合，以实现既能及时对经受台风等恶劣天气的机组部件进行检修，也能使检修时间的随机性更小，检修计划更易实施，降低风电机组检修对系统可靠性的影响。同时，海上风电机组检修计划的优化目标多数仅考虑检修成本8-10，对其他因素考虑较少。文献 5-6 以检修成本最小、弃风电量最少为优化目标对检修计划进行优化;文献 7在此基础上，考虑了切负荷成本，但切负荷计算较为粗糙，没有考虑系统元件随机故障对系统可靠性的影响;文献 11考虑了总维修成本和机组风险度构建了检修优化模型。总体来看，以上文献考虑多目标时，多将多个目标相加，忽略了主观偏向和客观实际。对于该问题，宜引入合适的多目标评价方法，其中层次分
13、析法得到了较多的应用14-17。并且，针对层次分析法主观性较强的缺点，文献 18-19 将层次分析法与改进灰色关联度分析法相结合，形成主客观结合的综合赋权法，但由于灰色关联度受专家经验影响，仍具有一定的主观性。熵权法20-23 以数据为导向对层次分析法所得的权重进行修正，能更好地结合主观偏向和客观数据，可用于检修计划中对多目标的综合。因此，本文提出考虑台风影响的海上风电机组定期检修和状态检修相结合的双层检修优化策略。并在此基础上，针对检修计划优化目标较为片面的问题，采用层次分析法和熵权法相结合的主客观赋权法得到检修成本、海上风电系统送出能力、受端电网可靠性三方面的指标综合评分，并将其作为上层定
14、期检修计划优化的目标函数。最后，通过算例证明本文所提双层检修优化策略的优越性。1海上风电机组双层检修计划海上风电场附近台风天气经常发生，给风电场的运行及检修计划的制定带来了巨大的挑战。强度较大的台风会加快海上风电机组的劣化过程，显著增大部件故障率，降低机组和整个海上风电接入系统的可靠性水平24。但海上风电机组定期检修固定的检修时段缺乏及时应对台风的能力;而状态检修随机性过大，给实际检修和受端电网可靠性带来挑战。因此，本文考虑台风影响，将海上风电机组的检修计划分为2 层，上层为定期检修优化，下层为台风发生后的状态检修优化。上层的定期检修计划优化以检修成本、海上风电系统送出能力、受端电网可靠性三方
15、面的指标综合评分最优为优化目标，优化变量为机组检修开始时间，如果没有台风，则不进入下层的状态检修优化;如果发生台风，则对海上风电机组的故障率和可靠度函数进行修正，根据预防性维护阈值来判断是否要增加一次状态检修，当 2 次检修计划时间相近，仅保留一次检修。双层检修计划优化策略如图 1 所示。图 1计及台风影响的海上风电机组双层检修优化策略Fig.1Double-layer optimization strategy of offshorewind turbine considering the influence of typhoon2上层定期检修优化2.1优化目标本文对多种因素综合考虑，将检修
16、成本、海上风电系统送出能力、受端电网可靠性三方面的指标综合评分作为优化目标。目标函数为:221第 7 期赵君宇，等:考虑台风影响的海上风电机组双层检修策略http:/www cepc com cnmaxF=1A+2B+3C(1)A=CPtotal(2)B=1FPu+2FPo+3FPs+4PAW(3)式中:1、2、3分别为检修成本、海上风电系统送出能力、受端电网可靠性的指标权重;A、B、C 分别为检修成本、海上风电系统送出能力、受端电网可靠性的综合评分;CPtotal为检修成本的指标评分，通过2.2.3 节所示的评分方法计算;FPu、FPo、FPs、PAW分别为设备利用系数、出力系数、运行系数、弃风率的指标评分;1、2、3、4分别为设备利用系数、出力系数、运行系数、弃风率的指标权重。C 的计算方法与 B 类似。2.2优化目标具体计算方法2.2.1目标函数所用指标本文选取图 2 所示的指标来计算检修成本、海上风电系统送出能力25、受端电网可靠性的综合评分26。图 2上层定期检修优化的目标函数所用指标Fig.2Indexes used in the objective function of
