基于性能退化数据的风力机维修决策优化研究

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1、东南大学硕士学位论文基于性能退化数据的风力机维修决策优化研究姓名：周小荃申请学位级别：硕士专业：机械工程；制造业工业工程指导教师：苏春2012-04-24摘要基于性能退化数据的风力机维修决策优化研究研究生：周小荃导师：苏春副教授学校：东南大学能源是人类生存和发展的重要物质基础，目前化石能源(煤、石油、天然气等)在能源结构中占有相当大的比重。随着社会和经济的发展，化石能源已经难以满足日趋增长的能源需求。此外，化石能源的生产与使用还是造成全球气候变暖、环境恶化的重要根源，严重威胁人类的可持续发展。风能具有分布广泛、储量丰富、可再生、无

2、污染等优点，风电开发对解决能源短缺、减少环境污染等问题具有重要意义。近年来，在全球范围内风电装机容量持续、快速增长。风力机是风电系统的核心装备，它常年运行于野外环境中，工作环境恶劣、驱动载荷不确定、结构尺寸大型化等特点给风力机维护带来困难。合理的维修决策不仅能够提高风力机可用度，也能有效降低风力机维修成本。本文从性能退化的角度，研究由多部件组成的风力机系统及其部件的维修优化问题，论文主要研究工作如下：(1)以齿轮箱、叶片等风力机核心机械部件为对象，将部件退化过程离散成有限的退化状态；以长期折扣成本最低为目标，考虑风速、备件物流、停

3、机损失等因素的影响，建立基于半马尔科夫决策过程的状态维修优化模型。分析各退化状态下的维修策略、检测间隔时间以及不同退化状态间的转移概率，并采用策略迭代算法求解模型。以某风力机齿轮箱为例，通过对等周期、非等周期检测条件下检测间隔时间和维修成本的分析，得到优化的维修决策。研究结果表明：该模型能有效描述风力机核心部件的退化过程，实现风力机维修优化。(2)研究竞争失效条件下风力机部件维修优化问题，建立基于竞争失效过程的风力机维修优化模型。在等周期检测条件下，分析风力机部件维护成本函数，以部件长期运行平均成本率最低为目标，基于更新过程建立竞

4、争失效条件下的风力机部件维修优化模型。研究部件最优检测周期，分析模型参数对维修策略的影响。以某风力机叶片为例，完成案例研究。研究结果表明：该模型能够有效描述竞争失效条件下的风力机部件维修优化问题，指导风力机维修工作。(3)研究由多个部件组成的风力机系统维修优化问题，提出基于有效年龄的风力机多部件维修优化模型。采用等周期检测方式，分析不同维修策略对部件有效年龄的影响，考虑风力机部件之间的经济相关性，构造系统维护成本函数，建立多部件系统维修优化模型。分别采用分支定界算法与蚁群算法求解系统最优维修策略。基于实例，验证优化模型的合理性与算

5、法的有效性。研究结果表明：该模型能够有效的描述风力机多部件维修过程，实现维护成本优化。本文首先从退化失效角度研究风力机核心部件维修优化问题；在此基础上研究退化失效和突发失效竞争出现条件下风力机部件的维修优化问题；最后研究由多部件组成的风力机系统维修优化问题。论文多角度地探讨风力机维修决策，为风力机及风电场维修提供了理论依据，也有效地丰富和创新了维修优化理论。关键词：风力机；维修优化；半马尔科夫决策过程；竞争失效；多部件维修AbstractInvestigationonMaintenanceDecisionOptimizationf

6、orWindTurbinesBasedonPerformanceDegradationDataByZHOUXiaoquanSupervisedbyAssociateProf．SUChunSoutheastUniversityEnergyisessentialforthesurvivalanddevelopmentofmankind．Atpresent，fossilenergyoccupiesconsiderableproportioninenergystructure，whichincludescoal，petroleumandn

7、aturalgas．、矾t11therapiddevelopmentofeconomyandsociety,fossilenergyhasbeenunabletomeettheenergyneedoftheworld．Moreover，theusingoffossilenergyisconsideredasthemaincauseforglobalwarmingandthedeterioratingofecologicalenvironment，whichhasthreatenedthesustainabledevelopment

8、ofhumanbeings．Windenergyhastheadvantageofwidelydistributed，abundant,renewable，andnon-pollution，thedevelopmentofwindpowerisof