李春辉
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摘要：风力发电机组为社会各个领域提供了丰富的电能资源，变流器作为风机的核心部件，其良好性能在满足风力发电的自动化与数字化发展需求，减轻人力工作负担的同时，也可防止发电机在运行过程中出现严重故障。在本文之中，主要是对风力发电机变流器的故障做出了相应的分析，在这个基础上提出了下文中的一些内容，希望能够给予相同行业进行工作的人员提供出一定价值的参考。
关键词：风力发电机；变流器；故障；分析
1导言
对于风电机组变流器这种既包括精密电器设备，又包括精准控制设备的大型综合体设备，其内部空间相对有限，但对温度控制的范围要求越来越高。目前在大型电器散热设备中广泛应用风冷和水冷散热装置对其进行散热，风冷的散热性能与风速有较强的联系，但风速过大，又会使得风力加大对风电机组电器元件造成不良的影响。
2风电变流器国内研究现状
风力发电机组变流器是一个较为复杂的大型精密设备，对于变流器使用的冷却方式常见的有水冷和风冷，然而针对不同的环境，风冷和水冷具有各自的优点，因此在风电机组变流器中常常以风冷和水冷组合的方式对其进行散热。其中常见的有：空—空，液—空，空—液—空，液—液—空四种组合的冷却方式，袁斌、沈雨虹等根据海上型风机具体应用场景，通过对四种冷却方式的应用利弊进行了分析，进而提出一种适合海上型风机的冷却系统[1]。针对永磁直驱式风机全功率变流器的冷却问题，采用PID闭环调节器实现变频器冷却，通过散热片及风扇进行空液能量交换，可以达到了预期设计的冷却效果。但对于防护等级要求高的场所，散热会受到影响，在对海上风力发电干式升压变压器进行水冷的研究中，利用水冷系统和外界进行热交换，与选择空调相比，水冷系统的功耗会偏低一些，整个系统也会相对简单，运行维护也相对简单。在对变流器散热系统的研究中，常采用的方法为仿真模拟分析法，对循环风冷却式电抗器散热结构进行优化分析。各个影响因素参数对系统散热量及系统阻力的影响情况的分析很重要，对空－液－空冷却系统建立两级冷却系统计算程序，可以较好地对风力发电机冷却形式进行研究分析。其中空冷式自循环蒸发冷却就是空－液－空冷却形式的代表之一，这种空冷式自循环蒸发冷却常出现不凝性气体渗漏造成冷凝管进气难，随着时间间隔的延长，空冷式自循环蒸发冷却系统初始压力降低，启动时间延长、系统压力阈值升高、冷却介质循环难度增大，为了更好地进行研究需要进行空冷式自循环蒸发冷却系统冷启动实验，通过不同时间间隔模拟风力发电机典型间歇运行工况。而针对目前风力发电机组变流器水冷系统中反馈频率较高，影响较大的电加热器烧坏、系统压力报警、气囊破裂及电控逻辑异常等故障，则需要通过对故障进行分析，并根据分析结果，不断优化设备组件及完善主控系统电控程序，减少故障的发生。
3研究工作的背景与意义
随着社会的发展，人类越来越重视清洁能源的应用，尤其是风力发电的出现，大大改善了社会能源结构，为人们生产生活提供了强有力的能源保障。再加上电力系统对风力发电机的性能也提出了更高的要求，变流器的传统控制方法已经不能适应当前工作特点，我们必须加强变流器控制效果与电网的有机融合，将重点放在控制电压波动上，降低对电网运行造成的负面影响，改进风力发电机的运行使用效果。随着社会的飞速发展，在取得巨大飞跃的同时，对能源的需求也愈发苛刻。虽然传统能源如煤炭、石油、天然气等，仍然占有能源消费市场的大部分比重，如2019年，我国煤炭消费量占能源消费总量的59.00%，其次的石油占比为18.90%，但同时也正面临着日益枯竭的危机，更不要说会对环境造成严重的污染。新能源的开发和使用成为了世界各国研究的新焦点，亦是各国间科技竞争的新领域[2]。清洁能源如水能、风能、太阳能、潮汐能等因其对环境友好，可再生等优点，得到了广泛的关注。
其中，风能因其取之不尽、用之不竭，无污染等优点，在缺水、缺燃料或者交通不便的岛屿、草原、山区、高原等地得到了广泛的应用。以中国为例，据相关部门统计，截止到2019年上半年，我国风电容量为193GW，其中在2019年上半年，新装机容量为20GW。另外，《风电发展“十三五”规划》提出到2020年要确保风电累计的装机容量达到210GW以上，特别是海上风电要达到5GW以上。根据获得风能的地理位置不同，风电种类主要被分为陆上风电和海上风电两大类。陆上风电一般建于山头，山风方向、大小多变；而海上的风速更大。产生的三相交流电频率和幅值不断变化，无法被直接并网使用。为了利用频率、幅值不断变化的三相交流电，通常使用风电变流器，对其进行AC/DC/AC转化，最终得到幅值可控，与电网同相位的三相交流电，并入电网。本课题在Simulink下搭建风电变流器模型，并在该模型上针对变频三相交流电的整流、逆变并网的控制算法展开研究。具体来说，在整流侧使用传统的基于电网电压矢量定向的电流控制，控制PWM整流器直流侧的电压。
4故障树分析
确定顶事件为风机损坏。故障树分析中，外边界决定了分析的广度，内边界决定了分析的深度。通过对风扇损坏故障机理进行深入分析，明确各影响因素间的关系，完成故障树。对于轴承不转，主要有几方面原因:轴承油脂在高温环境挥发及粉尘影响引起摩擦因数增大，导致摩擦力增大;叶轮动平衡破坏引起轴承受力变形，运行异常，进而造成压力增大，导致摩擦力增大。对于叶轮卡滞，主要由异物进入风机或叶轮引起。在纵向展开的基础上梳理故障树各事件之间的逻辑，构建完成变流器风扇损坏故障树。通过简化故障树、建立故障树数学模型和求最小割集的方法，进行故障树的定性分析[3]。通过计算顶事件概率、重要度分析和灵敏度分析，进行故障树的定量分析。在分析的基础上识别设计中的薄弱环节，采取相应措施。基于故障树，分析风扇损坏故障的最小割集。列出最小割集中的底事件，优先挑选出单点事件及重复事件作为重要底事件
5分析改进的措施
通过每一个底事件在最小割集中出现的频次和事件阶数等指标，对其作出相应的评分，在这个基础上制定出相应的改进措施[4]。根据改进方案形成变流器风扇的安装指导书，先将其风机使用的M4×8不锈钢组合螺栓合理的进行安装，完成安装后需要将其轴流风机外壳合理的安装到侧门板上，从而进行变流器的通信板合格性检测，输出的文件便成为变流器和主控通信测试的指导书，在这个基础上进行电缆线供应商的合格检测，其中检测主要是包括了通信线以及电源线，所输出的文件主要是作为厂家提供的合格报告以及本公司的验收报告，在此之外现场的维护手册之中，还需要增加一项检测项目，那就是定期的对电缆线是否出现松动的问题作出检查，同时也是需要检查线头露出的问题，其中输出的文件便是作为更新之后的维护手册，为了能够全面的去提高主控的抗干扰能力，还需要增加相关的电磁环，并且对接地方式作出改进，其中输出的文件是作为改进的技术说明。
6结论
通过对上述的内容进行分析研究之后能够得出，总而言之在今后实践工作当中，也应该根据风电场的实际情况对其进行不断改进和优化，使其能够切实满足工作需求，促进发电质量与效率的提升。
参考文献：
[1]龙万利,黄筱叶.永磁直驱风力发电系统控制策略仿真研究[J].湖南工程学院学报(自然科学版),2020,30(02):20-25.
[2]刘斌,李光辉,王甲军,李震,刘向东.永磁同步风电机组机侧直流阻抗建模[J].电气传动,2020,50(06):109-114.
[3]李广浩,彭克,张新慧,李海荣,刘磊.直流配电系统接口换流器虚拟同步发电机自适应惯性控制策略[J/OL].电测与仪表:2020-10-21].
[4]张靖轩,孙鹤旭,孙泽贤,徐勤奇,邹文仲.小波神经网络对风力发电机组功率变流器的故障诊断[J/OL].现代电子技术:2020-10-26