睿地可靠度論壇（TW-REDI Forum）

標題: 風能發電系統可恃性 [打印本頁]

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作者: hlperng    時間: 2013-6-10 09:18:39     標題: 風能發電系統可恃性



風能發電系統之可恃性相關議題：

• 系統可用度或RAM模型(availability, reliability and maintainability)：發電機系統為可維修系統，因此主要的可恃性因子為系統可用度，目前國際電工委員會國際標準ISO 61400系統有關可用度為第26部，目前規劃擬訂的標準包括：時間為基風力機可用度(IEC 61400-26-1: Time-based availability for wind turbine generating systems)，IEC 61400-26-2：產能為基風力機可用度(Production-based availability for wind turbine generating systems)， 及風力發電電場可用度(IEC 61400-26-3: time and production based availability for wind power plant) ，主要在提供有關可用度評估所需的各項時間與狀態的名詞定義。
• 風力機葉片與結構系統：強度應力模型(stress-strength interference, SSI)，風場強度為韋伯分佈或瑞雷分佈，使用麥納疲勞(Miner's fatigue rule)或破壞力學(fractural mechanics)計算設計值。（IEC 61400-1, ISO 2394, ISO 4354)
• 監控通訊：預防維護(preventive maintenance, PM)、條件為基維護(condition-based maintenance, CBM)，(IEC 61400-25)
• 配電系統：電力品質
  

風能系統可參考使用之可恃性分析技術為IEC 60300-3-1：可恃性分析技術(Analysis Techniques for Dependability)，常用的項目包括：

• 事件樹分析(Event Tree Analysis, ETA)，IEC 62502
• 故障樹分析(Fault Tree Analysis, FTA)，IEC 61025
• 可靠度方塊圖(Reliability Block Diagram, RBD)，IEC 62078
• 馬可夫分析(Markov Analysis)，IEC 61165
• 派崔網分析(Petri Net Analysis)
• 真值表分析(True Table Analysis)
• 危害與操作性分析(HAZOP)，IEC 61882
• 應力強度干擾分析(Strength Stress Interference Analysis, SSI)，ISO 2394
• 可靠度統計檢定原理(Reliability Statistical Test Principles)，IEC 60300-3-5
• 可靠度預估(Reliability Prediction)，IEC 61709, IEC 62038
• 失效模式與效應分析(Failure Modes and Effects Anallysis, FMEA)，IEC 60812
• 人員可靠度分析(Human Reliability Analysis, HRA)
  

風能發電機可靠度、維護度與可用度可以參考氣輪發電機的相關標準：

• ISO 3977-9:1999, Gas Turbine - Procurement - Part 9: Reliability, Availability, Maintainability ans Safety (RAMS)
• JIS B 8041-9:2003, ガスタービン－調達仕様－第9部：信頼性，稼動性，保全性及び安全性
• IEEE STD 762-1987 (R2002), IEEE Standard Definition for Use in Reporting Electric Generating Unit Reliability, Availability and Productivity
  

西門子風力發電公司(Siemens Wind Power A/S)Mr. Henrik Stiesdal and Hauge Madsed在2005哥本哈根離案風能研討會(Copenhagen Offshore Wind 2005)發表的可靠度設計文章提及，風力發展系統的可靠度可以比照氣渦輪機發電機，用可靠度因子(reliabilitly factor, RF)及可用度因子(availability factor, AF)表示，

[tex] RF= 1- \frac {FOH}{PH} [/tex]

[tex] AF = 1 - \frac {FOH+POH}{PH} [/tex]

式中PH為週期小時(period hours)、FOH為強迫或非規劃停電小時(forced or unplanned outage hours)、POH為規劃停電小時(planned outage hours)。

可靠度因子及可用度因子亦可用MTBF、MTTR、MTBM、MDT等特徵時間表示為：

[tex]RF = 1 - \frac{MTTR}{MTBF+MTTR}[/tex]

[tex]AF = 1 - \frac{MTTR+MDT}{MTBF+MTTR+MTBM+MDT} [/tex]

在可靠度模型方面，三參數韋伯分佈除可應用在描述風速分佈之外，亦可說明齒輪、電子組件、繼電器、球軸承等設備或零組件的壽命或失效發生時間。

[tex] f(t) = {\frac{\beta}{\eta}} ({\frac {t - \gamma}{\eta}})^{\beta - 1} exp ( - (\frac {t - \gamma}{\eta})^\beta ) [/tex]

國際標準化組織(ISO)的第98號技術委員會(ISO/TC 98)負責擬訂風能結構系統國際標準：

• ISO 2394:1998，結構可靠度一般原理 (General Principles on Reliability for Structures)
• ISO 4354:2009，風力對建築物的作用 (Wind Actions on Structures).
  

根據國際標準ISO 3010之定義，結構可靠度為結構安全性與服務性之組合，因此評估結構可靠度必須先建立兩項極限狀態：(1) 最大強度極限狀態(ultimate limit state)，及(2) 服務性極限狀態(serviceability limit state)，影響的參數包括：負載、材料特性、與結構尺寸等，都是隨機變數。

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