运筹学学报(中英文) ›› 2024, Vol. 28 ›› Issue (3): 108-120.doi: 10.15960/j.cnki.issn.1007-6093.2024.03.007
收稿日期:
2024-04-07
出版日期:
2024-09-15
发布日期:
2024-09-07
通讯作者:
王红蕾
E-mail:gzdxhlwang@163.com
基金资助:
Dayong ZHANG1, Honglei WANG1,2,*()
Received:
2024-04-07
Online:
2024-09-15
Published:
2024-09-07
Contact:
Honglei WANG
E-mail:gzdxhlwang@163.com
摘要:
在“3060”双碳战略目标下, 随着风电产业的迅速发展, 预防性维护已然成为提高风力发电机运行可靠性的重要手段。关于复杂环境下风力发电机的运行管理尚存在对退化状态认识不充分、维修策略不可靠等问题。本文以期望成本最小化为目的, 考虑风力发电机关键部件退化过程与多阶段预防性维护策略的关系, 构建基于Markov状态转移的多阶段预防性维护成本模型。首先, 依据设备衰退规律, 利用Markov链的转移概率对退化状态、维护策略进行刻画。其次, 引入可靠度、故障率、役龄因子计算多阶段预防性维护时长和故障时长; 再进一步考虑天气条件对维护成本模型的影响, 构建风力发电机在整个维护周期内的期望成本模型。最后, 利用数值分析对模型进行求解。结果表明, 实施最小、更换维护策略的期望成本占据了总维护成本的80%以上, 相比之下, 采取预防性维护优化策略的期望成本则低于总维护成本的20%, 故该策略可为低风速地区的风电企业提供有效的决策参考, 提高风力发电机的运行可靠性。
中图分类号:
张大永, 王红蕾. 基于Markov模型的低风速地区风力发电机预防性维护优化策略[J]. 运筹学学报(中英文), 2024, 28(3): 108-120.
Dayong ZHANG, Honglei WANG. Optimization strategy for preventive maintenance of wind turbines in low wind speed areas based on Markov models[J]. Operations Research Transactions, 2024, 28(3): 108-120.
表1
参数与变量符号说明"
参数 | 描述 | 参数 | 描述 | |
单个采样周期长度 | 系统状态演化的随机过程 | |||
采样周期总次数 | 第 | |||
维护策略集合 | ||||
转移状态的吸收态 | 系统在时刻 | |||
进行维护前的策略集合 | 系统在第 | |||
凝冻天气情况集合 | ||||
故障总次数 | 第3、4阶段预防性维护频率更新系数 | |||
第 | 整个维护周期内的维护总成本 | |||
整个维修周期内的最小维护总成本 | ||||
单次最小维护时长 | 第 | |||
第 | ||||
单次最小维护成本 | ||||
单次更换时长 | 为单位时间内的停机成本 | |||
系统第 | 出现凝冻天气的概率函数 | |||
整个维修周期内的停机损失总成本 | 进行维护前的策略概率函数 | |||
整个维修周期内的更换总成本 | ||||
第 | 整个维修周期内的预防性维护总成本 | |||
时刻 | ||||
第 | ||||
第2阶段预防性维护时长 | ||||
第 | 第 |
表2
预防性维护周期前后故障率变化情况"
阶段 | 公式 | 时间段 |
0 | ||
1 | ||
2 | ||
3 | |
表4
风力发电机关键部件可靠性参数和维护费用"
部件 | 单位费用/美元 | 单位时间/天 | ||||||||||||
轴承 | 3 | 3 750 | 2 000 | 2 500 | 2 800 | 3 000 | 60 000 | 350 | 3 | 3.5 | 4 | 4.5 | 7 | |
齿轮箱 | 3 | 2 400 | 2 000 | 2 500 | 2 800 | 3 000 | 152 000 | 350 | 3 | 3.5 | 4 | 4.5 | 15 |
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