风力发电系统中变频器的故障诊断研究

单艳梅,王 磊（徐州中矿大传动与自动化有限公司,江苏 徐州 221000）



风力发电系统中变频器的故障诊断研究

单艳梅,王 磊
（徐州中矿大传动与自动化有限公司,江苏 徐州 221000）

摘 要：电力是我国工业生产重要的动力保障，过去煤电的发展虽然对于工业起到了强有力的促进作用，但是也给环境造成了不小的影响。为了改变经济发展模式，向绿色经济的发展道路进行转变，我国积极研究新能源的利用，风力发电便在这样的背景下产生。从目前的发展来开，风力发电发展迅速，潜力巨大，但是在风力发电的过程中，变频器等器械的故障为风力发展的正常运作带来了不小的麻烦，为此，进行风力发电系统中变频器的故障诊断非常的必要。本文就风力发电系统中变频器的故障诊断进行研究，旨在提高变频器故障诊断的实际效果。

关键词：风力发电；变频器；故障诊断

风力资源是一种可再生的清洁资源，对其开发利用不仅能够缓解我国能源紧张的问题，更可以改变传统的发电模式，是我国的发电方式向更加科学和绿的的方向发展。就近年来风力发电的应用情况来看，风力发电不仅缓解了我国电力供应紧张的局面，而且环境效益良好，加之我国的风能蕴藏量巨大，所以未来风力发电的发展非常有前进。在风力发电系统中，变频器被普遍的应用来帮助电力转换和输送，其作用不容小觑，所以在风力系统中，要着重进行变频器故障的诊断研究，提高诊断技术和技巧，使得变频器的功能发挥最大化。

1 风力发电系统简介

就目前市场上销售的风力发电机而言种类比较多，但是在在并网系统中利用的发电机主要是双馈式笼型异步式和直驱式三种。在这三种当中，除去笼型异步式，其他的两种必须要经过变频处理后才能够接入到电网当中。虽然二者都需要变频接入电网，但是接入的方式却又有所不同。直驱式的风力发电机接入电网利用的是电子侧通过变频器，而双馈式则利用的是转子侧通过变频器。在风力发电系统中，交—直—交变频器的组成主要是由电力电子整流电路，逆变电路和斩波电路这些基本的电子电路构成。图1是直驱式风力发电机的并网结构简图。

2 变频器故障诊断技术

变频器是风力发电系统中必须要使用的电力器械，但是从目前的情况来看，由于变频器所处的环境非常的不好，高温发热再加之油水脏污，不仅使得变频器的性能有所下降，严重的时候会直接导致变频器故障，进而影响整个系统的工作。变频器故障的产生，不仅有外部环境的影响，也有内部因素的限制，就目前的变频器使用而言，主要利用的是速恒频式的风力发电机，此类型的风力发电机在应对电网故障的方面存在比较大的缺陷，所以其发生故障的情况也比较普遍。

除此以外，在实际应用中发现风力电机的调节速度比较慢，所以故障前期风力机吸收的风能并不会随之减少，但是发电机组由于极端电压发生了下降，所以会出现不能向电网输送电能的情况，也就是说风力产生的电能有一部分并不能输送到电网当中，这些不能输送到电网中的能量被系统自行消化后会导致电容充电和直流电压的快速升高，进而就会产生电子转机加速和电磁转矩突变等问题。

总而言之，无论是上述情况中的哪一种发生，都会引起系统中器件的损毁。目前，国内外进行变频器故障诊断的而技术多种多样，我国进行变频器故障的诊断主要是利用神经网技术进行故障类型的判断，然后再依据小波分析技术进行收集信息的处理。

3 风力机变频器故障分析

从目前的变频器的问题处理经验来看，造成变频器故障的原因主要有三类，分别是变频器的错误动作，实际效果和预期效果的误差较大以及过电压、过电流过热等原因造成的变频器故障。变频器的过电压、过电流主要指的是在变频器利用的过程中，本不该出现电压和电流的部位路过了电压或者电流，造成了元件的损坏，从而引起了故障。过热造成变频器故障主要是因为变频器运行的环境温度过高，从而使得变频器的运行出现问题。变频器的误动作主要是由于变频器本身工作的过程中程序错误造成的故障，而实际效果与预期效果的误差则是因为对于变频器的实际利用估算不准确，进而造成了故障。

4 提高变频器故障诊断的措施

4.1 利用神经网技术进行故障类型的判断

神经网是人工神经网络的简称，是由大量的批处理单元互联而形成的网络，这是一种对人脑的一种抽象、简化和模拟。反应的也是人脑的基本特征。在诊断变频器故障的时候，利用此网络模型中显层和隐层对于数据的分析，可以大致的判断出变频器故障的类型。在实际问题解决的时候，类型确定，其针对性的措施才能够进一步的细化。将神将网技术利用在变频器的工作系统中，那么变频器的工作状况会在神将网上得到统一的显现，通过神将网的数据捕捉，判断变频器故障的类型将更加的准确和可靠。

4.2 利用小波分析技术进行收集信息的处理

小破分析法是目前一种非常重要的信息处理方法。简而言之，小波分析法是一种利用小窗口进行数据分析的办法，在利用此方法的时候，小窗口的状态可以进行改变，其位置也可以进行移动。在利用了神经网技术之后，可以获得较为准确的而数据，而将小窗口对应到数据中，就可以对收集到的数据进行分析和处理，通过处理结果可以清楚的对变频器进行故障诊断。总而言之就是小波分析技术使得变频器故障诊断的效率进一步提高，准确性也有效显著的增加。

5 结束语

风力发电在目前的电力生产中已经占据了重要的地位，在未来的能源结构中地位的重要性将会进一步显现。所以为了使得风力发电更好的发展，使得风力发电系统圆形更加的安全，一定要积极的利用现代化技术做好变频器故障的诊断，防患于未然，这样风力发电系统的运行效率才会更高。

参考文献：

［1］杭俊,张建忠,程明,王伟,张明.风力发电系统状态监测和故障诊断技术综述（英文）［J］.电工技术学报,2013（04）：261-271.

［2］沈艳霞,李帆.风力发电系统故障诊断方法综述［J］.控制工程,2013（05）：789-795.

［3］李森.风机发电系统中变频器的故障诊断研究［J］.科技风,2013（18）：81.

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