双馈风力发电机组运行可靠性建模及若干相关问题研究

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1、双馈风力发电机组运行可靠性建模及若干相关问题研究ResearchonOperationalReliabilityModelingofDoubly-fedWindTurbineandSeveralRelatedIssues一级学科：管理科学与工程学科专业：管理科学与工程作者姓名：张志春指导教师：齐二石教授天津大学管理经济学部二零一七年五月万方数据独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得天津大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本

2、研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名：签字日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解天津大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权天津大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名：导师签名：签字日期：年月日签字日期：年月日万方数据摘要由于化石能源是不可再生能源，且会造成环境污染、引起大气变暖，因此，清洁可再生能源（包括水能、核能、风能、太阳能等）在全球范围内得到了

3、广泛发展。在我国，相对于其它可再生能源而言，风电能源是最具商业开发条件和综合比较优势的。十几年来，风电能源实现了快速发展。据中国风能协会数据，2015年底我国风电累计装机总量达到14536万千瓦，同比增长16.8%，占到全球市场份额的33.6%，当年新增装机容量3075万千瓦，同比增长32.6%，占到全球市场份额的48.4%。当前，我国风场仅兆瓦级双馈风力发电机组的保有量就已达8万余台，但由于我国风电设备产业发展时间短，发展过程中技术研发不足、核心技术缺失以及风场运行经验不足等，加上我国的风场自然环境恶劣，造成风力发电机组运行可靠性问题不容乐观、风力发电机组运行故障频发，如控制系统故障多，

4、齿轮箱、发电机等大部件早期损坏、叶片开裂等故障频发，甚至出现了机组倒塌和烧毁等恶性事故。因而，双馈风力发电机组的运行可靠性问题已成为影响行业进一步发展的重要问题之一，是行业发展中亟待解决的突出问题。本文首先阐述了我国风电行业快速发展的背景及问题，提出双馈风力发电机组运行可靠性研究的必要性及迫切性。而后介绍了可靠性的概念以及对当前可靠性建模理论进行总结归纳，为下文系统研究风力发电机组可靠性打下基础。随后，为了深入研究风力发电机组运行可靠性的定量表达式，本文基于风电场双馈风力发电机组运行过程中的实时数据，通过对风力发电机组累积失效函数中的参数进行最小二乘法估计，构建风机固有可靠度模型，利用Bo

5、otstrap方法对可靠度预测模型拟合效果进行分析，论述模型用于风机可靠性预测的可行性。结合AGREE法构建的风力发电机组可靠度分配模型，进一步研究风力发电机组八大关键部件运行过程中的固有可靠性问题。由于风机实际运行过程中，会受到如雷电、风沙等极端天气和维修策略的影响，本文采用环境危害性分析矩阵和产品维修可靠性模型，构建环境和维修策略影响下的风力发电机组实际运行可靠度模型。而后，结合故障树分析理论对双馈风力发电机组的结构进行分析，通过确立各底层事件间的逻辑结构关系，构建风力发电机组各大关键部件的故障树，基于故障数据，分析了各关键部件与整机可靠性的关联度问题。结合风机可靠度预测结果，针对风机

6、的不同运行状态，提出了相应的风机可靠性保障策略。I万方数据论文最后进行了风力发电机组运行可靠度模型的实证分析。首先通过运用实际风力发电机组运行数据，拟合了河北坝上A风场的风力发电机组实际运行可靠度分布函数。其次，用本文所提出的风力发电机组运行可靠度模型对河北坝上A风场进行风力发电机组运行可靠度预测，将所得结果与实际运行可靠度对比，验证了模型的有效性。而后，基于河北坝上A风场和内蒙西部B风场风力发电机组可靠性水平，提出了相应的风力发电机组可靠性保障策略和风机结构改进措施，有助于提高风电场运维管理水平，从而提高风机可利用率，减少故障停机概率，降低因故障停机而带来的损失。关键词：双馈风力发电机组

7、；可靠性建模；故障树；运维管理；实证分析II万方数据ABSTRACTAsthefossilenergyisnon-renewableanditcancausetheproblemofenvironmentalpollutionandatmosphericwarming，cleanrenewableenergy(includingwater，nuclearenergy，windenergy，solarenergy，etc.