摘要：目前，随着我国经济在快速发展，社会在不断进步，我国对于能源的需求在不断提高，在传统预防性维修的基础上，提出基于可靠度的风电机组机会维修策略，当某一部件损坏造成系统必须停机维修时，可将其他未发生故障部件的维修时刻提前，从而减少系统停机次数。结合具体风力机实例，通过仿真分析验证了机会维修策略相较于传统预防性维修策略的经济性优势，并结合果蝇算法求出最佳机会维修阈值。
关键词：风力机;可靠度;机会维修;果蝇算法
引言
风电机组结构复杂、运行环境恶劣、维修成本昂贵，制定科学合理的维修策略是风电机组运行维修的关键问题。现有风电机组维修方式有事后维修、预防性维修和状态维修。预防性维修是以减小故障率和系统退化为目的，依据预先制定的维护周期及相关标准在故障发生之前提前实施维护；机会维修在预防性维护基础上发展而来，利用系统各部件间的相关性，在维修时采取一定的配合维修方式，进而实现提高可用度、减少停机时间、降低维修成本等目标。
1维修的概念及类别
维修工作的全部活动的进行是为了恢复或者保持系统设备的达到其需求的运行状态。维修的概念在很早的时期就己经开始出现。系统设备在使用和运行过程中，受到环境的影响与载荷的作用，其零部件的功能在长时间的使用中一定会出现衰退的现象，之后产生故障，最后零部件达到完全失效状态，在经济性、安全性和效率等方面进行权衡，能够发现，只有对系统设备进行维修工作，才能使其的基本功能得以恢复。随着时代的发展，科技的进步，系统设备向着大型与复杂的方向发展，用于生产这些系统设备的成本也在明显提高，在高效率的生产与高质量的生产的同时，建造系统设备对社会安全的影响和环境的作用越发的显著。维修工作的进行，不但能够节约更换零部件所花费的成本，增加了零部件的服役效率，将零部件的寿命周期得以延长，还能够维持系统设备的可靠性和安全性，提高了生产效率与生产质量。伴随着工业的向前发展，对于保障系统设备的安全性与经济性也在不断地增加，对维修工作越来越依赖，维修工作变得至关重要的同时，也使得维修工作变得更加的复杂。维修的概念是非常宽泛的，不仅包含系统设备的各个零部件，也涵盖了系统设备的从设计到报废的全生命周期过程。维修工作的主要功能是预防各零部件的功能的衰退、减少故障的发生频率以及降低故障带来的不良结果，来确保系统设备达到其需求的运行状态;当系统设备的运行状态不正常后，既其发生了故障或者功能被损坏，维修工作能使其恢复到原来正常的状态。降低维修工作的成本是进行维修工作的关键目标所在，最大限度的去维持、恢复甚至是延长系统设备的寿命、保障其可以正常安全的运行下去，将系统设备的利用率尽可能的提高。如果维修工作进行的不及时、不合理的话，系统设备就会经常出现故障或者维修的成本增加。
2风力机组机会维修策略
2.1模型假设
为较好地说明情况和简化计算，本文的维修模型基于以下假设:a)风力机组各部件服从威布尔分布，且故障率分布相互独立。b)风力机组任一部件的故障会导致系统故障，且必须停机维修，停机维修时间相对于系统的运行时间可忽略不计。c)只考虑风力机组各部件之间的经济相关性影响，不考虑结构相关、故障相关等其他相关性。d)在风力机组维修成本中，考虑系统固定维修费用(即系统停机损失)、故障维修费用、预防维修费用，且故障维修费用远远大于预防维修费用。
2.2周期性预防维修策略
本文采用周期性预防维修，以设备当前的可靠度作为维修决策的输入。设预防性维修的检修周期为PT，更换阈值为R1，不完全维修阈值为R2。周期性预防维修决策可描述如下：若到达预防维修周期，检查设备的可靠度R(t)是否到达更换阈值R1。若达到，则更换设备，并且令设备实际役龄ti=0；若在更换阈值R1和不完全维修阈值R2之间，则不更换设备，设备实际役龄ti=ti-tnew。
其中tnew为设备役龄回复尺度，表征不完全维修的修复程度；若R(t)<R2，则表示设备完好，无需维修。
2.3风电机组不完全维修方式模型
由于风电机组特殊的运行环境会使得部件存在生锈、老化等问题，如果对风机部件实施不完全维修，那么部件的状态会发生改变，但不会改变到更新的状态，是介于“如新”和“如旧”之间的一种状态。本文引入役龄递减因子am和故障率递增因子bm对不完全维修方式进行建模。役龄递减因子表明经过维修之后，部件的状态无法恢复到全新的状态，可以据此算出部件维修后的初始故障率；故障率递增因子表明经过不完全维修之后，部件的故障率变化速度会随着维修次数的增加而加快。
2.4维修费用及可用率分析
风电场的一次预防性机会维修过程包含对风电场电气设备实施的预防性维修及对电气设备下游风电机组实施的机会维修。在 T 时刻实施的一次预防性维修过程产生的维修费用包含电气设备的维修费用、风电机组的维修费用及风电场的准备费用，如式。式中:N e 为风电场电气设备数;C ei 为第 i 台电气设备T 时刻维修费用;N w 为风电场风电机组数;C wi 为第 i台风电机组 T 时刻维修费用;C 0 为风电场维修固定费用。电气设备的维修费用包含预防性维修费用及上一次预防性维修到本次预防性维修期间的预期故障维修费用，而预期故障维修费用包含故障维修实施费用及因维修而造成的下游风电机组停机损失。
2.5机会维修模型
传统的预防性维修不考虑部件之间的相关性，每个部件按照其单独设定的维修计划进行维修，当任一部件发生随机故障，或达到其预防维修阈值时，系统即停机对部件进行更换维修。而机会维修则充分利用部件之间的相关性，当某一部件的损坏造成系统必须停机进行维修，其他尚未故障的部件即获得一个维修机会，这时可以考虑将未发生故障部件的维修时刻提前，利用系统巨大的停机损失来达到节约成本的目的。
2.6电气设备预防性维修模型
风电场的主要电气设备包括主变压器、母线和汇集线等。若风电场电气设备i的故障率为λi，则该电气设备在t时刻的可靠性为为保证风电场输出功率顺利输送给电网，对风电场的电气设备采用预防性维修策略。当电气设备i的可靠性降低至预防性维修阈值Ｒp时，对该电气设备实施预防性维修。同时，该电气设备下游的风电机组均被迫停机，使下游风电机组获得了实施机会维修策略所需的维修机会。
结语
机会维修策略是在传统预防性维修策略的基础上发展起来的，在风电场维修策略的研究与应用中受到越来越多的关注。机会维修的一大优点就是可以利用系统庞大的停机损失，而这一优势在风电场特别是海上电场可以得到放大。本文首先介绍了基于可靠度的机会维修策略模型，并与传统的预防维修模型相比较。结合具体的算例，以维修成本率作为决策目标，仿真结果显示与预防维修策略相比，机会维修在经济性方面体现出优势。最后结合果蝇寻优算法求取风力系统的最佳机会维修阈值，对实际的运行维护有一定的指导意义。
参考文献
[1］全球风能理事会.2014年全球风电装机容量统计［J］．风能，2015(2):50–53．
［2］赵洪山，鄢盛腾，张小田.风电机组确定性机会更换维修策略的研究［J］．太阳能学报，2014，35(4):568–574．
［3］赵洪山，张路朋.基于可靠度的风电机组预防性机会维修策略［J］．中国电机工程学报，2014，34(22):3777–3782．