在傳統(tǒng)能源不斷減少的今天，世界各國已經(jīng)將目光轉(zhuǎn)到可再生能源的開發(fā)上來。風(fēng)能作為一種綠色清潔的可再生能源，已經(jīng)引起了我國的廣泛研究和使用。其中，風(fēng)電機(jī)組的健康正常運(yùn)行一直都是保證風(fēng)電場盈利水平的主要手段和影響因素。
每年因風(fēng)電機(jī)組故障損失的發(fā)電量和維護(hù)費(fèi)用都給風(fēng)電場帶來巨大的經(jīng)濟(jì)損失。從減少故障維護(hù)時(shí)間和維護(hù)成本上來說，一個(gè)能夠?qū)︼L(fēng)電機(jī)組的健康狀態(tài)進(jìn)行評估并且能夠?qū)︼L(fēng)電機(jī)組故障進(jìn)行預(yù)測的模型是必要的。
本文提出的健康模型是以平行空間理論作為本模型理論支撐點(diǎn)，以大數(shù)據(jù)技術(shù)作為建模的技術(shù)手段，來創(chuàng)建基于平行空間理論的設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測模型來提高風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行效率，減少風(fēng)電機(jī)組維護(hù)帶來的損失。
基于平行空間理論的設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測模型ECMM
由上節(jié)可知，本節(jié)需要提供一個(gè)健康模型來實(shí)時(shí)檢測風(fēng)電機(jī)組的健康狀況。平行空間又稱平行宇宙，而平行宇宙的概念并不是因?yàn)闀r(shí)間旅行悖論提出來的，它是來自量子力學(xué)，因?yàn)榱孔恿W(xué)有一個(gè)不確定性，就是量子的不確定性。平行宇宙概念的提出，得益于現(xiàn)代量子力學(xué)的科學(xué)發(fā)現(xiàn)。在20世紀(jì)50年代，有的物理學(xué)家在觀察量子的時(shí)候，發(fā)現(xiàn)每次觀察的量子狀態(tài)都不相同。而由于宇宙空間的所有物質(zhì)都是由量子組成，所以這些科學(xué)家推測既然每個(gè)量子都有不同的狀態(tài)，那么宇宙也有可能并不只是一個(gè)，而是由多個(gè)類似的宇宙組成，因此平行宇宙的數(shù)量并不是確定的。風(fēng)電機(jī)組在運(yùn)行的時(shí)候，由于環(huán)境因素的變化、自身硬件設(shè)備使用壽命的差別，發(fā)生故障等因素的不同，導(dǎo)致風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)發(fā)生變化，且變化的狀態(tài)數(shù)量也是不確定的。由于平行空間具有多個(gè)空間共存且每個(gè)空間相同事物存在不同狀態(tài)的特性與數(shù)個(gè)風(fēng)電機(jī)組整個(gè)生命周期的某一時(shí)刻中具有多個(gè)狀態(tài)且每個(gè)狀態(tài)不同具有相似的特點(diǎn)。因此，本文結(jié)合了平行空間的理論，給出基于平行空間理論的設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測模型ECMM。
綜上，本節(jié)將分別介紹基于平行時(shí)空理論的設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測模型ECMM，并給出基于ECMM模型的風(fēng)電機(jī)組健康狀況評估的方法。
一、基于平行空間理論的設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測模型ECMM的理論模型
圖1基于平行空間理論的設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測模型ECMM的理論模型
構(gòu)建基于平行空間理論的設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測模型ECMM的理論模型過程如圖1所示，主要分為三個(gè)階段，平行空間劃分、平行空間衍生、健康值計(jì)算。
（1）平行空間劃分
首先，數(shù)據(jù)預(yù)處理。利用集控中心大數(shù)據(jù)平臺收集各風(fēng)電場所有風(fēng)電機(jī)組全參數(shù)的歷史數(shù)據(jù)，根據(jù)風(fēng)電機(jī)組各參數(shù)自身數(shù)據(jù)意義和取值范圍結(jié)合大數(shù)據(jù)技術(shù)對收集的數(shù)據(jù)進(jìn)行清洗、去臟、修復(fù)等數(shù)據(jù)預(yù)處理工作。
其次，健康時(shí)間段的提取。風(fēng)電機(jī)組在無故障、誤報(bào)警且穩(wěn)定運(yùn)行的狀態(tài)為風(fēng)電機(jī)組健康的運(yùn)行狀態(tài)。在風(fēng)電機(jī)組全生命周期的時(shí)間軸上，扣除風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行不健康的時(shí)間段包括：報(bào)警的時(shí)間段、故障及故障的征兆時(shí)間段、停機(jī)的時(shí)間段、無通訊時(shí)間段。所剩的時(shí)間段即為健康的時(shí)間段。
最后，平行空間的形成。風(fēng)電機(jī)組在不同的環(huán)境因素下，能夠健康運(yùn)行時(shí)的各個(gè)參數(shù)所處的健康值也不相同。因此，將環(huán)境條件按風(fēng)速、溫度、大氣壓力、空氣密度、生命時(shí)間等多個(gè)維度，并對各個(gè)維度進(jìn)行步長的劃分。按照步長所切割好的維度組合在一起，就是一個(gè)空間，而所有的相同生命時(shí)間的空間就組成了平行空間。
（2）平行空間的衍生
在風(fēng)電機(jī)組的全生命周期里，隨著生命時(shí)間的推移，風(fēng)電機(jī)組所處的環(huán)境的不斷變化，風(fēng)電機(jī)組會沿著時(shí)間軸由一個(gè)空間的健康狀態(tài)演變成另一個(gè)空間的健康狀態(tài)，而此過程是按照時(shí)間軸單向的。而最開始的一個(gè)多個(gè)空間狀態(tài)根據(jù)環(huán)境變化的不同不斷衍生出數(shù)個(gè)平行空間狀態(tài)。
（3）健康值計(jì)算
提取風(fēng)電機(jī)組屬于各個(gè)空間的健康數(shù)據(jù)，利用各個(gè)參數(shù)的業(yè)務(wù)意義與數(shù)據(jù)挖掘算法等進(jìn)行各個(gè)參數(shù)在該多維環(huán)境分組下的特征值的計(jì)算，包括值域范圍、平均值、聚類后的范圍、權(quán)值等，代表該多維環(huán)境的各個(gè)參數(shù)的特征值。而將各個(gè)參數(shù)有屬于自己的權(quán)重，利用各個(gè)參數(shù)的權(quán)重以及自身的特征值，計(jì)算出該空間風(fēng)電機(jī)組健康狀態(tài)的健康值。
二、基于平行空間理論的設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測模型ECMM的應(yīng)用模型
圖2基于平行空間理論的設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測模型ECMM的應(yīng)用模型
上一小節(jié)給出了ECMM模型的理論模型的構(gòu)建方法。但是，由于理論模型需要大量同型號風(fēng)電機(jī)組全生命周期的數(shù)據(jù)作為理論支撐，且最終的平行空間數(shù)量不可評估，以目前集控中心所收集的數(shù)據(jù)是達(dá)不到的。因此，本小節(jié)將給出基于平行空間理論的設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測模型ECMM的應(yīng)用模型，如圖2所示，主要分為兩個(gè)階段，風(fēng)電機(jī)組健康狀態(tài)生成和風(fēng)電機(jī)組健康狀態(tài)間的轉(zhuǎn)換。
（1）風(fēng)電機(jī)組健康狀態(tài)
首先，數(shù)據(jù)預(yù)處理。此過程與ECMM理論模型相同。
其次，健康時(shí)間段的提取與劃分。健康時(shí)間段的提取過程與理論模型健康時(shí)間段的提取過程相同，扣除風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行不健康的時(shí)間段，所剩的時(shí)間段即為健康的時(shí)間段。由于風(fēng)電機(jī)組在進(jìn)入某環(huán)境空間的初始N分鐘內(nèi)處于過渡期和N分鐘后參數(shù)運(yùn)行狀態(tài)差異變化較大，因此在風(fēng)電機(jī)組全生命周期上將分為穩(wěn)定期狀態(tài)與過渡期狀態(tài)，并根據(jù)實(shí)際統(tǒng)計(jì)將不同的穩(wěn)定狀態(tài)間切換時(shí)所需的不穩(wěn)定時(shí)間長度值作為分割點(diǎn)。將相同機(jī)型全部風(fēng)電機(jī)組在全生命周期健康時(shí)間段上，所有被分隔好的不同狀態(tài)切換的過渡期時(shí)間段和穩(wěn)定期時(shí)間段的數(shù)據(jù)分別收集。
