永磁直驅(qū)MW級風(fēng)電機組變槳逆變器故障解析

王紹銘　藏希萌

摘 要：在MW級永磁直驅(qū)動發(fā)電機系統(tǒng)中的變槳系統(tǒng)中，變槳逆變器是變槳系統(tǒng)最為重要的組成部分。本論文主要介紹了變槳逆變器的作用、變槳逆變器各輸入輸出功能，以及對引發(fā)變槳逆變器故障的初步判斷和處理辦法及改進方法。

關(guān)鍵詞：變槳逆變器；運行反饋正常信號；超級電容；數(shù)字量輸入模塊；逆變器監(jiān)測模塊

中圖分類號： TM315 文獻標(biāo)識碼： A 文章編號： 1673-1069（2016）12-179-2

0 引言

當(dāng)今人類生存和發(fā)展首要解決的問題就是能源給自然環(huán)境帶來的污染。可再生能源種類繁多，風(fēng)能、太陽能、潮汐能、生物質(zhì)能等，其中風(fēng)能由于其儲量豐富地區(qū)廣泛受到各個國家的廣泛重視，風(fēng)能已經(jīng)成為水電之外第二大清潔能源來源。

世界上風(fēng)力發(fā)電機組大致可分為定槳失速型、定槳恒速型、變槳失速型、變槳恒速型四種。在變槳距的風(fēng)力發(fā)電機組中，風(fēng)機能否正常實現(xiàn)變槳功能是風(fēng)機正常運行的重要保證。大型風(fēng)力發(fā)電機組變槳系統(tǒng)中的逆變器通過變頻變速控制變槳電機，實現(xiàn)變槳功能。同時實現(xiàn)了超級電容為備用變槳電源的變槳控制功能。

1 變槳逆變器的概述及作用

1.1 變槳逆變器概述

變槳逆變器異步電機用高頻MOSFET逆變器。變槳逆變器使用了當(dāng)今最為先進的技術(shù)（IMS功率模塊，微處理器控制，F(xiàn)lash內(nèi)存，Can Bus總線），它的最大輸出電流是450A。

1.2 變槳逆變器作用

變槳逆變器使用異步電動機專用的高頻MOSFET逆變器，然后將60V直流電流直接轉(zhuǎn)換成三相頻率可變的29V交流電流。變槳逆變器是通過變頻變速來調(diào)節(jié)變槳電機，控制變槳系統(tǒng)的槳葉旋轉(zhuǎn)角度、槳葉速度和旋轉(zhuǎn)的方向。變槳逆變器通過監(jiān)測其反饋信號是否正常來實現(xiàn)自我保護的功能。

2 引起逆變器反饋信號丟失的故障分析

2.1 變槳逆變器本體導(dǎo)致故障信號觸發(fā)

變槳逆變器在運行過程中，在看不到裝置本體的情況下，數(shù)字量輸入模塊的閃爍次數(shù)得出逆變器運行期的故障信息。

2.1.1 電容器保險熔斷導(dǎo)致故障

其中超級電容器的高電壓在45V至61V區(qū)間變化，低電壓為固定值16V左右。分析造成逆變器反饋信號丟失的原因是超級電容器的300A保險熔斷了，才使得變槳充電器不斷地為超級電容充電。

原因：更換超級電容的時候自鎖螺母沒有更換。

2.1.2 變槳逆變器本體溫度高

變槳逆變器程序中設(shè)定的保護定值為65攝氏度，逆變器存溫度監(jiān)測裝置點，如超過65攝氏度，便停止工作，并向外發(fā)出逆變器反饋信號丟失告警。原因：變槳逆變器散熱風(fēng)扇故障

2.1.3 變槳電機動力電源控制電源接線故障

原因：變槳電動機動力電源接線錯誤或由于機械、電氣原因等導(dǎo)致的短路、過流燒損

變槳電機動力電源接線燒損。

2.2 控制回路中的監(jiān)測單元故障導(dǎo)致

如果控制回路中的檢測單元出現(xiàn)故障也會使逆變器的反饋信號丟失。檢測單元出現(xiàn)故障指示檢測不到逆變器的反饋信號，而逆變器本身無故障，因此由檢測單元導(dǎo)致的逆變器反饋信號丟失，此類情況變槳系統(tǒng)的槳葉都能夠正常收槳。

2.2.1 變槳逆變器監(jiān)測模塊損壞

2.2.2 信號總線故障

故障原因：變槳柜開關(guān)主斷路器損壞。

主斷路器開關(guān)導(dǎo)致逆變器反饋信號丟失的情況經(jīng)常發(fā)生。變槳控制器與主控的通信主要通過信號總線傳輸，很容易受到風(fēng)力發(fā)電機和交流的動力線發(fā)電時185電纜產(chǎn)生的諧波干擾，也容易導(dǎo)致變槳逆變器發(fā)生故障。由信號干擾導(dǎo)致逆變器的反饋信號丟失，往往會伴隨其他的故障一起報出來，如變槳控制系統(tǒng)子站總線故障、變槳電容器電容高電壓故障、變槳系統(tǒng)限位開關(guān)沖限位故障等，我們把這種故障統(tǒng)稱為信號總線故障。處理報變槳系統(tǒng)的信號總線故障。

故障處理時首先檢并更換變槳柜內(nèi)的總線接頭，如果更換后仍然報變槳系統(tǒng)子站總線故障，則可以判斷為滑環(huán)故障，此時需要更換滑環(huán)，一般而言更換滑環(huán)完成以后，風(fēng)機多數(shù)可以正常運行。

其次此類故障可判斷是否由于變槳柜開關(guān)內(nèi)斷路器輔助觸點接觸不良導(dǎo)致反饋信號丟失，手動將變槳開關(guān)柜內(nèi)斷路器手動閉合，然后用萬用表測量斷路器輔助觸點兩端的電壓值。如果電壓低于55V，就可認(rèn)定為輔助觸點虛接。處理方法時更換變槳開關(guān)柜內(nèi)斷路器。運行中的風(fēng)機變槳系統(tǒng)是隨著葉輪不斷旋轉(zhuǎn)的，所以此類故障出現(xiàn)的次數(shù)較多。當(dāng)風(fēng)機停機后會正常，所以用萬用表測量值高于55V時，也有可能是變槳柜內(nèi)主斷路器接觸不良。此類故障中，如果是3個子站同時報故障而不是單個子站報故障，則可判定為輔助觸點問題，單時如果3個子站同時報出，則可判定為信號總線故障。

3 總結(jié)

綜上所述，導(dǎo)致逆變器反饋信號丟失的主要原因是輪轂內(nèi)不清潔，現(xiàn)場對風(fēng)機進行定檢時應(yīng)加強風(fēng)機內(nèi)部清潔工作，特別是輪轂內(nèi)設(shè)備，并且針對內(nèi)蒙地區(qū)風(fēng)沙、浮沉加大地區(qū)在風(fēng)機設(shè)計時應(yīng)有相應(yīng)的改進設(shè)計針對現(xiàn)場惡劣條件。

參 考 文 獻

[1] 變頻器原理[M].