金風1500 kW機組變流器故障分析及改進

王有發

摘 要：針對風力發電機組變流系統網側濾波電容進行分析，從網側濾波電容的安裝、控制和內部結構方面進行研究，提出需要通過改良安裝工藝、更換網側濾波電容型號來解決變流系統故障根源問題。

關鍵詞：風力發電機組；變流系統；濾波電容；控制器

中圖分類號：TM315 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.03.115

北京京能新能源有限公司旗桿風電場（以下簡稱“旗桿風電場”）位于內蒙古赤峰市翁牛特旗境內，一期的裝機容量為49.5 MW，安裝新疆金風科技股份有限公司生產的GW87/1500直驅永磁風電機組33臺，于2012-03-16全部并網發電。風電場并網運行近1年時間，機組常報變流系統故障，降低了風機的可利用率，給風電場造成了一定的經濟損失。

變流器采用了IGBT整流的方式把發電機發出的電整流變為直流電，通過網側逆變模塊把直流電變成工頻交流電并入電網。

網側和發電機側各有獨立的控制器，以網側控制器為主控制器，其他控制器為子控制器。如果機組發生了變流系統故障，將造成風機停機，減少風電場的經濟效益，因此，風電場要對此故障進行分析和解決。

1 變流系統工作原理

變流器工作原理如圖1所示，1U1為網側逆變功率模塊，2U1和3U1為發電機側整流功率模塊，4U1為制動功率模塊。

網側逆變功率模塊1U1的作用是將直流母線上的電能轉換成為電網能夠接受的形式，并傳送到電網上；而發電機側整流功率模塊2U1和3U1則是將發電機發出的電能轉換成為直流電能傳送到直流母線上；制動功率模塊4U1則是在某種原因使得直流母線上的電能無法正常向電網傳遞或直流母線電壓過高時，將多余的電能在電阻4R1和5R1上通過發熱消耗掉，以免直流母線電壓過高造成器件的損壞。

2 故障情況

2.1 故障統計

為全面了解2012年度金風1.5 MW風電機組變流系統故障現狀，從后臺監控SCADA數據庫中調取了2012-03—12變流

系統故障相關數據。從數據可以得出，2012-03—12風電機組變流系統故障共發生29次，月平均2.9次，相對故障率較高。其中，“網側濾波電容故障”和“溫度低”特別突出，冬季故障率比夏季故障率高很多。

2.2 故障分析處理

經檢查發現，網側濾波大電容額定電壓為780 V，額定容量為68 μF，每相三個并聯按角形連接。網側噪聲小電容額定電壓為400 V，額定容量為9 μF，每相一個按星形連接。網側濾波大電容額定電壓低，容易損壞，導致變流器故障。

現有變流器分為網側變流器1U1，機側變流器2U1、3U1，分別安裝在三個柜子當中，其中，1U1所在的柜子是主控柜，集中控制1U1、2U1、3U1。主控柜中配有一臺風機，配合冷卻水的溫度來平衡柜內溫度，其他兩個柜子中無任何加熱裝置。我風電場地處內蒙古西部，冬季平均氣溫-26.7 ℃，最低氣溫可達到-35.6 ℃。在低溫情況下，三個變流柜內的溫度與環境溫度一樣，變流器無法在低氣溫狀態下正常工作，因此冬季變流器的故障率較高。

由于水冷系統缺水、漏水等原因，造成變流器不能得到及時散熱，從而使風機產生故障。另外，電網波動時會影響變流器的正常工作。

2.3 故障反饋出的問題及改進方法

經過現場調查、分析，發現網側濾波電容器額定電壓選擇存在缺陷，為此，我場及時聯系廠家技術人員，要求重新設計網側濾波電容器，從而解決該故障問題。

重新選用電容器，現用的為網側濾波大電容額定電壓780 V、額定容量68 μF，每相三個并聯按角形連接；網側噪聲小電容額定電壓400 V、額定容量9 μF，每相一個按星形連接。經過技術論證，重新選用的電容器為網側濾波大電容額定電壓850 V、額定容量68 μF，每相三個并聯按角形連接；網側噪聲小電容額定電壓575 V、額定容量4.7 μF，每相兩個并聯按星形連接。

3 結束語

通過對風力發電機組變流系統網側電容問題進行分析，得出變流系統故障主要是由網側濾波電容器額定電壓選擇存在缺陷造成的。變流系統決定著風電機組的正常并網，是風電機組的核心部件。只有保障變流器的正常、穩定工作，風電機組才能源源不斷地發出電能，為風電場創造經濟效益。

參考文獻

[1]吳努斌，蹇浪.大功率風機變流器冷卻系統的計算與應用[J].電子質量，2012（03）.

〔編輯：王霞〕