金風科技股份有限公司技術項目經理趙世培：風電行業發展下機組壽命評估技術

2023年10月16日-19日，2023北京國際風能大會暨展覽會（CWP2023）在北京如約召開。作為全球風電行業年度最大的盛會之一，這場由百余名演講嘉賓和數千名國內外參會代表共同參與的風能盛會，再次登陸北京，聚焦中國能源革命的未來。

本屆大會以“構筑全球穩定供應鏈 共建能源轉型新未來”為主題，將歷時四天，包括開幕式、主旨發言、高峰對話、創新劇場以及關于“全球風電產業布局及供應鏈安全”“雙碳時代下的風電技術發展前景”“國際風電市場發展動態及投資機會”“風電機組可靠性論壇”等不同主題的21個分論壇。能見App全程直播本次大會。

10月18日上午，金風科技股份有限公司技術項目經理趙世培在風電產業技術創新論壇I上發表題為《風電行業發展下機組壽命評估技術》的主題演講。

以下為發言全文：

大家上午好，今天非常榮幸能有機會和各位業界同仁一起探討關于機組壽命評估技術話題，對于風電技術人員來講，壽命評估不是一個新話題，但隨著風電行業的發展，基于新的業務場景和訴求，回歸對基礎技術的研究和嘗試，在這個過程中，形成了新的解決方案，因此，在這里和大家做一個分享。

第一部分，現狀與訴求。

簡單看兩組數據，第一組，新裝機趨勢變化，從數據可看出機組大型化趨勢明顯；第二組，機組臺數-運行年限分布，截止2022年，運行10年以上的機組臺數達到近5萬。兩組數據背后的訴求是什么呢？

針對“新生”風場，大型化趨勢下是對安全性越來越重視，過去的方法可靠程度是否有降低？同時針對電價周期波動，資源差異項目，是否能在滿足安全性的基礎上通過精準的壽命調度提升風場的收益？

針對“中年”在役風機的困擾在于面對“千場千策”局面，改造如何開展？如何優選方案？如何為運維提供更精準的維護策略指導？如何來挖掘風機的能力等。

基于以上兩種場景，歸為一類問題。從技術角度來看，如果能建立一套更為精細、可靠的壽命評估體系，那么以上問題將迎刃而解。

第二部分，總體技術路線。

左圖表示隨時間變化，風機剩余壽命變化的曲線。為方便理解，我把風機的一生也定義了不同階段：新生、中年和老年。綠色的線是通常基于確定性的方法評估機組剩余壽命變化曲線。然而事實上，由于風機面臨的外界環境千變萬化，圖中這條“曲折”的曲線才是機組真實的剩余壽命曲線，那么如何才能獲得這條真實的曲線呢？把目光移到右圖，整體方案包含三個必要環節：數據分析、技術實現、在線監測。

進而繼續具象技術路線，1模型驅動的評估方法：也就是我們仿真模型；2.數據驅動評估方法：擺脫仿真軟件，但要建立機組SCADA數據與載荷關系的預測模型，進而對壽命進行評估。以上兩種方法還是以確定性的方法評估機組壽命，即綠色的剩余壽命評估曲線。為了得到或更接近真是情況，我們在壽命評估中引入了3.概率的評估方法：可以簡單理解為輸入的每個變量都是一個概率分布，而不是一個確切的值。這樣就回答了前面的問題，即針對“新生”風電場，用不確定度+X的評估方式，獲得更精準的壽命預測。對于“中年”機型，通過不確定性+X的評估方式，獲得風機過去壽命的消耗曲線，以及預測以后的壽命變化。

要實現以上不確定度+X的評估方式，還有兩個基礎條件。一是數據量要足夠大，金風注重對數據積累，在手10000+實測原始風數據，每天產生GB級風機運行數據和TB級的業務仿真數據。這為概率分析方法，打下非常堅實的數據基礎。二是要消除黑匣子，得益于金風自研GTSim仿真軟件，使得從機理上理解動力學評估模型，使模型不確定度的量化有了可行性。金風始終堅持技術創新，在大量數據分析和自研軟件加持下，獲得風機真實的壽命曲線。

第三部分，技術實現

模型驅動的方法：如圖包含四個基本的方面，這里需要重點關注的是，針對在役機組歷史SCADA數據能否建立快速分析標準，并使其自動化、平臺化，這是做的過程中遇到的挑戰。

數據驅動方法：如圖包含五個基本方面，這里值得注意的是如何使得預測模型更準確，更強的泛化能力。下面是我們在河南某項目的結果，同時和第三方機構也做了背靠背對標工作，從結果上看，金風自研壽命預測模型達到了很好的效果。

概率評估方法：第一類，風參數-壽命的概率模型，通過確定風參變量的概率分布，模型參數的概率分布，獲得載荷及強度概率分布，再進一步得到壽命的概率分布，也就是真實的剩余壽命曲線。第二類，基于風險系數評估方法，把輸入變量分為兩大類，確定每個輸入量的不確定度等級，并量化其對關鍵載荷的敏感度等級，再通過加權平均獲得其風險系數，同時建立對應風險系數下的安全系數，從而或者壽命的不確定度。以上不僅對數據分析要求較高，也對動力學機理有更高的要求。至此，其實我們回歸到了壽命評估的本質，即風險概率的評估。概率設計方面，未發布的IEC61400-09、IEC61400-28均已經提出在相關方向的標準，這也為我們的技術探索指明了方向。

第四部分，業務實踐。

關于業務的實踐，金風獲得了相關的技術認證，并且搭建了智能化SCADA數據分析平臺等。

最后作為一名金風人，我有一個小小展望。

在風電這場長跑中，我們要：

更懂風機：以技術為雙腳，腳踏實地，和風機交個朋友

擁抱變化：以技術為工具，具象不確定，展現其真實性

創造價值：為風電場提供更可靠，更安全的定制化方案