劉斌

摘 ?要：本文首先闡述了風機發(fā)電及變頻器概述，然后分析了變頻器在風機發(fā)電中的應用，接著分析了變頻器故障統(tǒng)計及診斷，最后對風機發(fā)電變頻器故障防范與改進措施進行了探討。希望能夠為相關人員提供有益的參考和借鑒。

關鍵詞：風機發(fā)電系統(tǒng);變頻器;故障診斷

引言：

隨著風機發(fā)電功率的增加，風機發(fā)電的葉片已達到幾噸或幾十噸。操縱如此大的慣性量來跟蹤風速變化和滿足速度要求是非常困難的。近年來，投運的變槳距風機發(fā)電組，一方面通過葉片角度進行變槳距控制，另一方面通過變頻器控制發(fā)電機轉子電流來控制轉速。變槳距控制是一個緩慢的過程，其操作時間以秒為單位，當風速和功率輸出變化迅速，而控制發(fā)電機轉子電流頻率的變換器操作時間小于毫秒時，該過程并不理想。因此，當高頻風速發(fā)生變化時，發(fā)電機轉子的電流頻率可以確保發(fā)電機能夠跟上風速的頻繁變化，穩(wěn)定發(fā)電機的功率輸出，減少對電網(wǎng)的不利影響，同時降低頻率。

1風機發(fā)電及變頻器概述

1.1分類

在細分的情況下，風機發(fā)電可根據(jù)空氣輪主軸方向分為水平軸風機和垂直軸風機;根據(jù)風向，可分為上下通風機;視偏差形式而定，可分為被動和主動偏差風機;根據(jù)風輪葉片分為固定距離風機和可變距離風機，根據(jù)傳動方式分為變速箱傳動風機和直傳動風機;根據(jù)發(fā)電機組模式，可分為籠式異步發(fā)電機組、雙饋異步發(fā)電機組和永磁同步勵磁發(fā)電機組。視風機能否改變螺旋槳轉速而定，風機分為固定螺旋槳轉速和可變螺旋槳轉速兩類。變頻器控制電機系統(tǒng)具有顯著節(jié)能、調(diào)節(jié)方便、維護簡單、網(wǎng)絡集中、遠程控制和可編程控制器自動控制等優(yōu)點。這些特性已廣泛應用于電氣和電子系統(tǒng)、工業(yè)自動控制等領域。

1.2變頻器參數(shù)的設置

使用變頻器時，如果滿足傳動系統(tǒng)的控制要求，必須設置變頻器參數(shù)。如果參數(shù)設置不正確且控制無效，變頻器將無法正常工作。新購買的變頻器，制造商通常會在工廠中為每個參數(shù)設置默認值。在這些參數(shù)值下，變頻器可以在配電盤工作模式下正常工作，但其本身不能滿足大多數(shù)傳輸系統(tǒng)的要求。為了更好地控制，用戶必須根據(jù)傳輸系統(tǒng)的實際情況并參照其操作說明修改變頻器參數(shù)。變頻器在沒有設置的情況下工作不正常。最好將所有參數(shù)重置為出廠默認值，然后按照說明手冊中的參數(shù)設置步驟重置相關參數(shù)。

1.3變頻器在風機發(fā)電組中的工作方式

雙饋異步發(fā)電機以超同步速度運行。超同步速度是指運行速度超過所需速度的情況。當風力強度使風機發(fā)電轉子比通常要求的運行速度快時，這是一個超同步階段。此時轉子運行速度過高，轉子輸入電流過大，威脅到系統(tǒng)輸入功率的穩(wěn)定性。變頻器可提供反向勵磁交流電流來補償轉子某部分的輸入電流，從而最終進入系統(tǒng)的電流強度可在穩(wěn)定的范圍內(nèi)進行控制，保證風力穩(wěn)定運行。雙饋異步發(fā)電機以同步速度運行。當外風控制下轉子運行速度達到系統(tǒng)要求的運行速度，且不超過系統(tǒng)同步運行速度時，變頻器無需改變轉子的輸入電流，此時只能輸入直流電流，使交流電流分量降至零。這是正常條件下的穩(wěn)定運行狀態(tài)，其中輸入功率為正常輸入功率。

2變頻器在風機發(fā)電中的應用

2.1變頻器在風機發(fā)電定子調(diào)速中的應用

變頻器在風機發(fā)電中的應用主要表現(xiàn)在發(fā)電機定子運行速度的控制上。在上述三種變頻器運行模式下，通過調(diào)整變頻器的固定值，并通過調(diào)整變頻器的當前頻率，利用反饋系統(tǒng)來控制系統(tǒng)的運行，從而控制定子轉速。一般來說，當發(fā)電機定子運行速度需要提高或降低時，系統(tǒng)中的轉速或功率反饋會調(diào)節(jié)變頻器的控制狀態(tài)，使其輸入相應頻率的反向或正向勵磁交流電流，改變系統(tǒng)狀態(tài)，保持系統(tǒng)的穩(wěn)定性變頻器調(diào)速過程具有效率和精度特點，廣泛用于控制風力發(fā)電系統(tǒng)的運行。

2.2變頻器在發(fā)電機互聯(lián)控制中的應用

變頻器在發(fā)電機互聯(lián)控制中使用風力發(fā)電需要具備一定的條件才能接入電網(wǎng)。然而，在實踐中，風力渦輪機的運行受到一些外部因素的干擾。在加入電網(wǎng)之前，不能保證電網(wǎng)在其工作范圍內(nèi)的頻率一致，也不能保證電壓輸入值和相位變化與電網(wǎng)系統(tǒng)協(xié)調(diào)一致。因此，必須通過一些調(diào)整和控制來協(xié)調(diào)這些措施，否則，這些措施將對風力渦輪機的設備造成嚴重損害。變頻器的使用滿足了這一要求，使發(fā)電機能夠滿足電網(wǎng)連接要求，從而大大降低電網(wǎng)連接的風險。3.變頻器可以調(diào)節(jié)無功功率，實現(xiàn)濾波和過電壓保護。無功調(diào)節(jié)通常是通過改變電流和電壓的相位來實現(xiàn)的。變頻器不僅可以調(diào)節(jié)電流和電壓值，而且在相位調(diào)節(jié)中也起著重要作用。此外，風機發(fā)電的輸入電流包含許多干擾電流，可以通過過濾變頻器來消除這些干擾電流，以確保電網(wǎng)正常運行。此外，變頻器在過電壓保護的方向上起著重要作用，并防止某些電表因電壓過高而燒毀。

3變頻器故障統(tǒng)計及診斷分析

3.1風機發(fā)電組變頻器故障統(tǒng)計分析

變頻器故障主要故障有變頻器IGBT模塊損壞、變頻器crowbar損壞、直流24V驅動電源損壞三種。

2.2風機發(fā)電組變頻器故障診斷分析

將變頻器的壞件進行元器件參數(shù)檢測，與基準電壓波形和電流波形對比，調(diào)閱故障前后參數(shù)進行比對，并應用大數(shù)據(jù)進行分析，得到IGBT模塊損壞及crowbar損壞的主要原因有：第一，由于變頻器維護不到位，模塊和散熱風扇上沾滿了灰塵，散熱效果差;第二，在機組長時間停機或停電時，變頻器內(nèi)部運行在潮濕的環(huán)境中，致板卡上凝露，或器件內(nèi)部受潮，降低了電子器件絕緣阻值或使電子器件短路而被擊穿而損壞。經(jīng)過深入分析研究，變頻柜ups電源故障的主要原因是：變頻器UPS電源采用普通鉛酸電池，該電源給IGBT功率模塊、Crowbar、4U機箱等部件提供控制電源。因ups電源采用普通鉛酸電池，其運行壽命大約在2年左右。鉛酸電池壽命到期前，會表現(xiàn)出電源功能失效，不能連續(xù)穩(wěn)定輸出，頻報UPS掉電故障等。同時其低溫性能極差，通常在-15至-20℃的低溫會出現(xiàn)無法正常放電，嚴重影響了機組正常運行。

4風機發(fā)電變頻器故障防范與改進措施

針對上述故障原因，相應制定且實施了如下的防范與改進措施，有效提升了變頻器的可靠性，起到了良好的治理效果。首先，在變頻器冷卻進風口加裝防塵過濾網(wǎng)，加強風機的維護質量管理，定期檢查清掃清潔變頻器模塊和散熱風扇。通過進風口加裝防塵過濾網(wǎng)，從源頭上防止灰塵進入變頻器內(nèi)部，通過定期對變頻器和散熱風扇的清潔，保證了變頻器運行在潔凈的環(huán)境條件下，使散熱的效果最大化，變頻器的運行環(huán)境得到了有效的改善。其次，對變頻器模塊進行涂刷防潮絕緣漆，改進優(yōu)化加熱驅潮裝置。對變頻器模塊表面涂刷防潮絕緣油漆，增強板卡的防潮能力。另一方面加裝運行穩(wěn)定的PTC加熱電阻及溫控開關等加熱驅潮元件，根據(jù)停電時間長短通過程序控制PTC電阻加熱時長，停電時間增加，驅潮時長亦按一定的算法增加;優(yōu)化除濕控制邏輯和程序。最后，對變頻器ups電源進行優(yōu)化改進。通過比對（詳見改進方案對比表），結合實用及經(jīng)濟性，選用鈦酸鋰電池替代變頻器ups不間斷電源的鉛酸蓄電池，延長ups電源壽命，降低其故障率，提升風機運行可靠性

結束語：

隨著生活用電需求日益增加，風機發(fā)電的運行規(guī)模也越來越大。目前風力發(fā)電規(guī)模的擴大給風電機組的穩(wěn)定運行帶來了一些技術問題。最常見的問題之一是發(fā)電機輸出功率問題。電網(wǎng)中傳輸?shù)墓β释ǔ１仨毐３衷谙鄬Ψ€(wěn)定的范圍內(nèi)，使風機能夠以預定的速度運行。但是，在自然環(huán)境中，風力強弱并不穩(wěn)定，隨著其他因素的變化，會擾亂風機發(fā)電的穩(wěn)定運行。因此將變頻器用于風機發(fā)電組中，可以很好的解決這一技術難題，使風機發(fā)電的運行速率保持穩(wěn)定，從而輸出穩(wěn)定的功率。

參考文獻：

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