風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中變頻器的故障診斷研究

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

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風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中變頻器的故障診斷研究

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

摘 要：電力是我國(guó)工業(yè)生產(chǎn)重要的動(dòng)力保障，過去煤電的發(fā)展雖然對(duì)于工業(yè)起到了強(qiáng)有力的促進(jìn)作用，但是也給環(huán)境造成了不小的影響。為了改變經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式，向綠色經(jīng)濟(jì)的發(fā)展道路進(jìn)行轉(zhuǎn)變，我國(guó)積極研究新能源的利用，風(fēng)力發(fā)電便在這樣的背景下產(chǎn)生。從目前的發(fā)展來(lái)開，風(fēng)力發(fā)電發(fā)展迅速，潛力巨大，但是在風(fēng)力發(fā)電的過程中，變頻器等器械的故障為風(fēng)力發(fā)展的正常運(yùn)作帶來(lái)了不小的麻煩，為此，進(jìn)行風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中變頻器的故障診斷非常的必要。本文就風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中變頻器的故障診斷進(jìn)行研究，旨在提高變頻器故障診斷的實(shí)際效果。

關(guān)鍵詞：風(fēng)力發(fā)電；變頻器；故障診斷

風(fēng)力資源是一種可再生的清潔資源，對(duì)其開發(fā)利用不僅能夠緩解我國(guó)能源緊張的問題，更可以改變傳統(tǒng)的發(fā)電模式，是我國(guó)的發(fā)電方式向更加科學(xué)和綠的的方向發(fā)展。就近年來(lái)風(fēng)力發(fā)電的應(yīng)用情況來(lái)看，風(fēng)力發(fā)電不僅緩解了我國(guó)電力供應(yīng)緊張的局面，而且環(huán)境效益良好，加之我國(guó)的風(fēng)能蘊(yùn)藏量巨大，所以未來(lái)風(fēng)力發(fā)電的發(fā)展非常有前進(jìn)。在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中，變頻器被普遍的應(yīng)用來(lái)幫助電力轉(zhuǎn)換和輸送，其作用不容小覷，所以在風(fēng)力系統(tǒng)中，要著重進(jìn)行變頻器故障的診斷研究，提高診斷技術(shù)和技巧，使得變頻器的功能發(fā)揮最大化。

1 風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)簡(jiǎn)介

就目前市場(chǎng)上銷售的風(fēng)力發(fā)電機(jī)而言種類比較多，但是在在并網(wǎng)系統(tǒng)中利用的發(fā)電機(jī)主要是雙饋式籠型異步式和直驅(qū)式三種。在這三種當(dāng)中，除去籠型異步式，其他的兩種必須要經(jīng)過變頻處理后才能夠接入到電網(wǎng)當(dāng)中。雖然二者都需要變頻接入電網(wǎng)，但是接入的方式卻又有所不同。直驅(qū)式的風(fēng)力發(fā)電機(jī)接入電網(wǎng)利用的是電子側(cè)通過變頻器，而雙饋式則利用的是轉(zhuǎn)子側(cè)通過變頻器。在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)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(gòu)成。圖1是直驅(qū)式風(fēng)力發(fā)電機(jī)的并網(wǎng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖。

2 變頻器故障診斷技術(shù)

變頻器是風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中必須要使用的電力器械，但是從目前的情況來(lái)看，由于變頻器所處的環(huán)境非常的不好，高溫發(fā)熱再加之油水臟污，不僅使得變頻器的性能有所下降，嚴(yán)重的時(shí)候會(huì)直接導(dǎo)致變頻器故障，進(jìn)而影響整個(gè)系統(tǒng)的工作。變頻器故障的產(chǎn)生，不僅有外部環(huán)境的影響，也有內(nèi)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(fēng)力發(fā)電機(jī)，此類型的風(fēng)力發(fā)電機(jī)在應(yīng)對(duì)電網(wǎng)故障的方面存在比較大的缺陷，所以其發(fā)生故障的情況也比較普遍。

除此以外，在實(shí)際應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)風(fēng)力電機(jī)的調(diào)節(jié)速度比較慢，所以故障前期風(fēng)力機(jī)吸收的風(fēng)能并不會(huì)隨之減少，但是發(fā)電機(jī)組由于極端電壓發(fā)生了下降，所以會(huì)出現(xiàn)不能向電網(wǎng)輸送電能的情況，也就是說風(fēng)力產(chǎn)生的電能有一部分并不能輸送到電網(wǎng)當(dāng)中，這些不能輸送到電網(wǎng)中的能量被系統(tǒng)自行消化后會(huì)導(dǎo)致電容充電和直流電壓的快速升高，進(jìn)而就會(huì)產(chǎn)生電子轉(zhuǎn)機(jī)加速和電磁轉(zhuǎn)矩突變等問題。

總而言之，無(wú)論是上述情況中的哪一種發(fā)生，都會(huì)引起系統(tǒng)中器件的損毀。目前，國(guó)內(nèi)外進(jìn)行變頻器故障診斷的而技術(shù)多種多樣，我國(guó)進(jìn)行變頻器故障的診斷主要是利用神經(jīng)網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行故障類型的判斷，然后再依據(jù)小波分析技術(shù)進(jìn)行收集信息的處理。

3 風(fēng)力機(jī)變頻器故障分析

從目前的變頻器的問題處理經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，造成變頻器故障的原因主要有三類，分別是變頻器的錯(cuò)誤動(dòng)作，實(shí)際效果和預(yù)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(xiàn)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?yàn)樽冾l器運(yùn)行的環(huán)境溫度過高，從而使得變頻器的運(yùn)行出現(xiàn)問題。變頻器的誤動(dòng)作主要是由于變頻器本身工作的過程中程序錯(cuò)誤造成的故障，而實(shí)際效果與預(yù)期效果的誤差則是因?yàn)閷?duì)于變頻器的實(shí)際利用估算不準(zhǔn)確，進(jìn)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(jīng)網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行故障類型的判斷

神經(jīng)網(wǎng)是人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的簡(jiǎn)稱，是由大量的批處理單元互聯(lián)而形成的網(wǎng)絡(luò)，這是一種對(duì)人腦的一種抽象、簡(jiǎn)化和模擬。反應(yīng)的也是人腦的基本特征。在診斷變頻器故障的時(shí)候，利用此網(wǎng)絡(luò)模型中顯層和隱層對(duì)于數(shù)據(jù)的分析，可以大致的判斷出變頻器故障的類型。在實(shí)際問題解決的時(shí)候，類型確定，其針對(duì)性的措施才能夠進(jìn)一步的細(xì)化。將神將網(wǎng)技術(shù)利用在變頻器的工作系統(tǒng)中，那么變頻器的工作狀況會(huì)在神將網(wǎng)上得到統(tǒng)一的顯現(xiàn)，通過神將網(wǎng)的數(shù)據(jù)捕捉，判斷變頻器故障的類型將更加的準(zhǔn)確和可靠。

4.2 利用小波分析技術(shù)進(jìn)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(jiǎn)而言之，小波分析法是一種利用小窗口進(jìn)行數(shù)據(jù)分析的辦法，在利用此方法的時(shí)候，小窗口的狀態(tài)可以進(jìn)行改變，其位置也可以進(jìn)行移動(dòng)。在利用了神經(jīng)網(wǎng)技術(shù)之后，可以獲得較為準(zhǔn)確的而數(shù)據(jù)，而將小窗口對(duì)應(yīng)到數(shù)據(jù)中，就可以對(duì)收集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理，通過處理結(jié)果可以清楚的對(duì)變頻器進(jìn)行故障診斷?？偠灾褪切〔ǚ治黾夹g(shù)使得變頻器故障診斷的效率進(jìn)一步提高，準(zhǔn)確性也有效顯著的增加。

5 結(jié)束語(yǔ)

風(fēng)力發(fā)電在目前的電力生產(chǎn)中已經(jīng)占據(jù)了重要的地位，在未來(lái)的能源結(jié)構(gòu)中地位的重要性將會(huì)進(jìn)一步顯現(xiàn)。所以為了使得風(fēng)力發(fā)電更好的發(fā)展，使得風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)圓形更加的安全，一定要積極的利用現(xiàn)代化技術(shù)做好變頻器故障的診斷，防患于未然，這樣風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的運(yùn)行效率才會(huì)更高。

參考文獻(xiàn)：

［1］杭俊,張建忠,程明,王偉,張明.風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障診斷技術(shù)綜述（英文）［J］.電工技術(shù)學(xué)報(bào),2013（04）：261-271.

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

［3］李森.風(fēng)機(jī)發(fā)電系統(tǒng)中變頻器的故障診斷研究［J］.科技風(fēng),2013（18）：81.

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