風力發電系統中變頻器的故障診斷研究

單艷梅,王 磊（徐州中礦大傳動與自動化有限公司,江蘇 徐州 221000）

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風力發電系統中變頻器的故障診斷研究

單艷梅,王 磊
（徐州中礦大傳動與自動化有限公司,江蘇 徐州 221000）

摘 要：電力是我國工業生產重要的動力保障，過去煤電的發展雖然對于工業起到了強有力的促進作用，但是也給環境造成了不小的影響。為了改變經濟發展模式，向綠色經濟的發展道路進行轉變，我國積極研究新能源的利用，風力發電便在這樣的背景下產生。從目前的發展來開，風力發電發展迅速，潛力巨大，但是在風力發電的過程中，變頻器等器械的故障為風力發展的正常運作帶來了不小的麻煩，為此，進行風力發電系統中變頻器的故障診斷非常的必要。本文就風力發電系統中變頻器的故障診斷進行研究，旨在提高變頻器故障診斷的實際效果。

關鍵詞：風力發電；變頻器；故障診斷

風力資源是一種可再生的清潔資源，對其開發利用不僅能夠緩解我國能源緊張的問題，更可以改變傳統的發電模式，是我國的發電方式向更加科學和綠的的方向發展。就近年來風力發電的應用情況來看，風力發電不僅緩解了我國電力供應緊張的局面，而且環境效益良好，加之我國的風能蘊藏量巨大，所以未來風力發電的發展非常有前進。在風力發電系統中，變頻器被普遍的應用來幫助電力轉換和輸送，其作用不容小覷，所以在風力系統中，要著重進行變頻器故障的診斷研究，提高診斷技術和技巧，使得變頻器的功能發揮最大化。

1 風力發電系統簡介

就目前市場上銷售的風力發電機而言種類比較多，但是在在并網系統中利用的發電機主要是雙饋式籠型異步式和直驅式三種。在這三種當中，除去籠型異步式，其他的兩種必須要經過變頻處理后才能夠接入到電網當中。雖然二者都需要變頻接入電網，但是接入的方式卻又有所不同。直驅式的風力發電機接入電網利用的是電子側通過變頻器，而雙饋式則利用的是轉子側通過變頻器。在風力發電系統中，交—直—交變頻器的組成主要是由電力電子整流電路，逆變電路和斬波電路這些基本的電子電路構成。圖1是直驅式風力發電機的并網結構簡圖。

2 變頻器故障診斷技術

變頻器是風力發電系統中必須要使用的電力器械，但是從目前的情況來看，由于變頻器所處的環境非常的不好，高溫發熱再加之油水臟污，不僅使得變頻器的性能有所下降，嚴重的時候會直接導致變頻器故障，進而影響整個系統的工作。變頻器故障的產生，不僅有外部環境的影響，也有內部因素的限制，就目前的變頻器使用而言，主要利用的是速恒頻式的風力發電機，此類型的風力發電機在應對電網故障的方面存在比較大的缺陷，所以其發生故障的情況也比較普遍。

除此以外，在實際應用中發現風力電機的調節速度比較慢，所以故障前期風力機吸收的風能并不會隨之減少，但是發電機組由于極端電壓發生了下降，所以會出現不能向電網輸送電能的情況，也就是說風力產生的電能有一部分并不能輸送到電網當中，這些不能輸送到電網中的能量被系統自行消化后會導致電容充電和直流電壓的快速升高，進而就會產生電子轉機加速和電磁轉矩突變等問題。

總而言之，無論是上述情況中的哪一種發生，都會引起系統中器件的損毀。目前，國內外進行變頻器故障診斷的而技術多種多樣，我國進行變頻器故障的診斷主要是利用神經網技術進行故障類型的判斷，然后再依據小波分析技術進行收集信息的處理。

3 風力機變頻器故障分析

從目前的變頻器的問題處理經驗來看，造成變頻器故障的原因主要有三類，分別是變頻器的錯誤動作，實際效果和預期效果的誤差較大以及過電壓、過電流過熱等原因造成的變頻器故障。變頻器的過電壓、過電流主要指的是在變頻器利用的過程中，本不該出現電壓和電流的部位路過了電壓或者電流，造成了元件的損壞，從而引起了故障。過熱造成變頻器故障主要是因為變頻器運行的環境溫度過高，從而使得變頻器的運行出現問題。變頻器的誤動作主要是由于變頻器本身工作的過程中程序錯誤造成的故障，而實際效果與預期效果的誤差則是因為對于變頻器的實際利用估算不準確，進而造成了故障。

4 提高變頻器故障診斷的措施

4.1 利用神經網技術進行故障類型的判斷

神經網是人工神經網絡的簡稱，是由大量的批處理單元互聯而形成的網絡，這是一種對人腦的一種抽象、簡化和模擬。反應的也是人腦的基本特征。在診斷變頻器故障的時候，利用此網絡模型中顯層和隱層對于數據的分析，可以大致的判斷出變頻器故障的類型。在實際問題解決的時候，類型確定，其針對性的措施才能夠進一步的細化。將神將網技術利用在變頻器的工作系統中，那么變頻器的工作狀況會在神將網上得到統一的顯現，通過神將網的數據捕捉，判斷變頻器故障的類型將更加的準確和可靠。

4.2 利用小波分析技術進行收集信息的處理

小破分析法是目前一種非常重要的信息處理方法。簡而言之，小波分析法是一種利用小窗口進行數據分析的辦法，在利用此方法的時候，小窗口的狀態可以進行改變，其位置也可以進行移動。在利用了神經網技術之后，可以獲得較為準確的而數據，而將小窗口對應到數據中，就可以對收集到的數據進行分析和處理，通過處理結果可以清楚的對變頻器進行故障診斷?？偠灾褪切〔ǚ治黾夹g使得變頻器故障診斷的效率進一步提高，準確性也有效顯著的增加。

5 結束語

風力發電在目前的電力生產中已經占據了重要的地位，在未來的能源結構中地位的重要性將會進一步顯現。所以為了使得風力發電更好的發展，使得風力發電系統圓形更加的安全，一定要積極的利用現代化技術做好變頻器故障的診斷，防患于未然，這樣風力發電系統的運行效率才會更高。

參考文獻：

［1］杭俊,張建忠,程明,王偉,張明.風力發電系統狀態監測和故障診斷技術綜述（英文）［J］.電工技術學報,2013（04）：261-271.

［2］沈艷霞,李帆.風力發電系統故障診斷方法綜述［J］.控制工程,2013（05）：789-795.

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DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.12.163