基于海上风电机组零部件状态划分及维修决策方法及系统技术方案

本发明专利技术提供一种基于海上风电机组零部件状态划分及维修决策方法及系统，方法包括：获取与海上风电机组部件运行相关的历史故障数据，并基于历史故障数据构建目标部件的威布尔模型以得到目标部件的可靠度曲线和失效率曲线；基于目标部件的可靠度曲线和失效率曲线对目标部件的运行状态进行划分，并以目标部件在不同运行状态下所采取的维修措施及维修成本构建目标部件的单次维修费用函数；根据目标部件的运行状态及单次维修费用函数构建目标部件单次决策成本函数，并在半马尔可夫决策过程下构建目标部件的劣化模型；采用Q学习算法在定周期检测和非定周期检测下，对劣化模型进行训练求解得到最优维修决策。本发明专利技术用于降低风电机组部件的运维成本。电机组部件的运维成本。电机组部件的运维成本。

【技术实现步骤摘要】
基于海上风电机组零部件状态划分及维修决策方法及系统


[0001]本专利技术涉及海上风电机组维修决策
，具体涉及基于海上风电机组零部件状态划分及维修决策方法及系统。

技术介绍

[0002]随着陆地风资源的不断开发利用，陆上风电逐渐趋向饱和，海上风电在今年内得到快速发展，未来海上风电的大型化、深远化成为必然趋势。海上风电机组运行环境恶劣，其设备故障率逐年增高，由于海上环境多变的特殊性，海上风电维修费用居高不下。目前，对于海上风电的维修措施，一般采用在设备发生故障后，临时安排运行维护成员、更换设备及合理数量的出海船只进行补救措施。该事后维修的方式，在造成高额维修费用的同时，还会受限于海上风速、风向以及浪高等恶劣气候条件，只能等待合适的天气才能执行海上维护任务，使机组故障停机被迫延长，进而造成极大的发电损失和安全隐患。
[0003]基于设备运行状态的维修策略研究，主要是通过先进的检测手段、故障诊断和趋势分析技术的支持，判断设备的实时状态，识别故障的早期预兆并对故障发展趋势做出判断，从而制定有效的维修策略。基于设备运行状态的维修措施，能有效地避免“维修不足”与“过度维修”造成的故障损失及检修浪费情况的发生。
[0004]基于此，本申请专利技术人提出一种基于海上风电机组零部件状态划分及维修决策方法及系统，以期解决上述的技术问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术要解决的技术问题是为了克服现有技术中维修不足、过度维修的故障损失及检修浪费的缺陷，提供一种基于海上风电机组零部件状态划分及维修决策方法及系统。
[0006]本专利技术是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：
[0007]本专利技术提供了一种基于海上风电机组零部件状态划分及维修决策方法，其特点在于，包括如下步骤：
[0008]S1：获取与海上风电机组部件运行相关的历史故障数据，并基于所述历史故障数据构建目标部件的威布尔模型以得到所述目标部件的可靠度曲线和失效率曲线；
[0009]S2：基于所述目标部件的可靠度曲线和失效率曲线对所述目标部件的运行状态进行划分，并以所述目标部件在不同运行状态下所采取的维修措施及维修成本构建所述目标部件的单次维修费用函数；
[0010]S3：根据所述目标部件的运行状态及单次维修费用函数，构建所述目标部件单次决策成本函数，并在半马尔可夫决策过程下构建所述目标部件的劣化模型；
[0011]S4：采用Q学习算法在定周期检测和非定周期检测下，对所述劣化模型进行训练求解，得到最优维修决策。
[0012]根据本专利技术的一个实施例，所述步骤S1包括：
[0013]以海上风电机组部件的历史故障数据作为所述威布尔模型的输入参数并进行威
布尔分布检验，然后采用最小二乘法对所述目标部件的形状和尺度参数进行求解，以得到二参数威布尔分布模型的可靠度曲线和失效率曲线。
[0014]根据本专利技术的一个实施例，所述可靠率曲线和失效率曲线计算公式如下：
[0015][0016][0017]其中，R(t)表示所述目标部件的可靠度函数；λ(t)表示所述目标部件的失效率函数；β表示所述目标部件的形状参数；η表示所述目标部件的尺度参数；t表示所述目标部件的运行时间；P表示时间T大于t时的失效概率；f(t)为故障概率密度函数。
[0018]根据本专利技术的一个实施例，所述目标部件的运行状态包括：
[0019]运行状态，所述目标部件的整个运行过程以运行状态中所述目标部件劣化水平的高低为依托划分为多个运行状态，所述目标部件的终止状态定义为故障失效状态；
[0020]状态检测，所述目标部件的运行状态通过检测直接或者简洁得到一个或者多个相关的状态量；
[0021]状态划分，根据所述目标部件运行过程中可靠度的变化，将所述目标部件的运行状态划分为n个不同的阶段，所述目标部件的运行状态集合S如下：
[0022]S＝{1，2，...，n
‑
1，n}.
[0023]其中，S包括第一状态、多个第二状态、第三状态，S为1时对应所述第一状态，所述第一状态对应所述目标部件处于全新的状态；S为2至n时对应所述第二状态，所述第二状态为中间运行状态；S为n时对应所述第三状态，所述第三状态为故障状态。
[0024]根据本专利技术的一个实施例，所述单次维修费用函数为：
[0025]C
a
＝C2+C3+C4；
[0026]其中，Ca表示对所述目标部件进行维修动作所需的单次维修成本；C2表示所述目标部件进行单次维修的固定费用，包括出海船只和工人费用；C3表示对所述目标部件进行维修所需费用；C4表示在机组停机过程中造成的损失费用；
[0027]C3＝c
m
·
ΔR/(1
‑
R
pr
)；
[0028]其中，C
m
为所述目标部件的单价，ΔR为维修前后所述目标部件的可靠度变化值，R
pr
为所述目标部件的可靠度阈值；
[0029]C4＝T
T
c
e
＝(T
w
+T
a
+T
c
+T
m
)
·
θ
·
P
·
c
ep
；
[0030]其中，C
e
为单位时间功率损耗；T
T
为所述目标部件进行一次维修的停机时间；T
W
为出海船只调度及出海人员准备时间，T
a
为到达故障发生机组时间，T
c
为海上风电机组攀爬用时，T
m
为装配件维修时间，θ为风电机组的容量系数，P为额定功率，c
ep
为电力价格；
[0031]装配件维修时间T
m
由维修前后所述目标部件的可靠度变化进行计算，公式如下：
[0032]T
m
＝t
m
·
ΔR/(1
‑
R
pr
)；
[0033]其中，t
m
为所述目标部件平均更换时间，ΔR为维修前后所述目标部件的可靠度变化值，R
pr
为所述目标部件的可靠度阈值。
[0034]根据本专利技术的一个实施例，所述维修决策包括：不修、小修、大修以及更换；所述不修对应不采取维修措施；所述小修对应使得所述目标部件运行状态回到上一级状态；所述
大修对应使得所述目标部件运行状态恢复至至少上两级状态；所述更换对应更换所述目标部件。
[0035]根据本专利技术的一个实施例，所述劣化模型的目标函数如下：
[0036][0037]其中，C
g，k
为所述目标部件运行所需的总成本；T
k
为状态转移时间。
[0038]本专利技术还提供了一种基于海上风电机组零部件状态本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于海上风电机组零部件状态划分及维修决策方法，其特征在于，包括如下步骤：S1：获取与海上风电机组部件运行相关的历史故障数据，并基于所述历史故障数据构建目标部件的威布尔模型以得到所述目标部件的可靠度曲线和失效率曲线；S2：基于所述目标部件的可靠度曲线和失效率曲线对所述目标部件的运行状态进行划分，并以所述目标部件在不同运行状态下所采取的维修措施及维修成本构建所述目标部件的单次维修费用函数；S3：根据所述目标部件的运行状态及单次维修费用函数，构建所述目标部件单次决策成本函数，并在半马尔可夫决策过程下构建所述目标部件的劣化模型；S4：采用Q学习算法在定周期检测和非定周期检测下，对所述劣化模型进行训练求解，得到最优维修决策。2.根据权利要求1所述的基于海上风电机组零部件状态划分及维修决策方法，其特征在于，所述步骤S1包括：以海上风电机组部件的历史故障数据作为所述威布尔模型的输入参数并进行威布尔分布检验，然后采用最小二乘法对所述目标部件的形状和尺度参数进行求解，以得到二参数威布尔分布模型的可靠度曲线和失效率曲线。3.根据权利要求2所述的基于海上风电机组零部件状态划分及维修决策方法，其特征在于，所述可靠率曲线和失效率曲线计算公式如下：在于，所述可靠率曲线和失效率曲线计算公式如下：其中，R(t)表示所述目标部件的可靠度函数；λ(t)表示所述目标部件的失效率函数；β表示所述目标部件的形状参数；η表示所述目标部件的尺度参数；t表示所述目标部件的运行时间；P表示时间T大于t时的失效概率；f(t)为故障概率密度函数。4.根据权利要求1所述的基于海上风电机组零部件状态划分及维修决策方法，其特征在于，所述目标部件的运行状态包括：运行状态，所述目标部件的整个运行过程以运行状态中所述目标部件劣化水平的高低为依托划分为多个运行状态，所述目标部件的终止状态定义为故障失效状态；状态检测，所述目标部件的运行状态通过检测直接或者简洁得到一个或者多个相关的状态量；状态划分，根据所述目标部件运行过程中可靠度的变化，将所述目标部件的运行状态划分为n个不同的阶段，所述目标部件的运行状态集合S如下：S＝{1,2,...,n
‑
1,n}；其中，S包括第一状态、多个第二状态、第三状态，S为1时对应所述第一状态，所述第一状态对应所述目标部件处于全新的状态；S为2至n时对应所述第二状态，所述第二状态为中间运行状态；S为n时对应所述第三状态，所述第三状态为故障状态。5.根据权利要求1所述的基于海上风电机组零部件状态划分及维修决策方法，其特征在于，所述单次维修费用函数为：
C
a
＝C2+C3+C4；其中，Ca表示对所述目标部件进行维修动作所需的单次维修成本；C2表示所述目标部件进行单次维修的固定费用，包括出海船只和工人费用；C3表示对所述目标部件进行维修所需费用；C4表示在机组停机过程中造成的损失费用；C3＝c
m
·
ΔR/(1
‑
R
pr
)；其中，C
m
为所述目标部件的单价，ΔR为维修前后所述目标部件的可靠度变化值，R
pr
为所述目标部件的可靠度阈值；C4＝T
T
c
e
＝(T
w
+T<...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡猛进，何倩倩，牟金善，肖耀明，
申请(专利权)人：上海能源科技发展有限公司，
类型：发明
国别省市：