金风1500 kW机组变流器故障分析及改进

王有发

摘 要：针对风力发电机组变流系统网侧滤波电容进行分析，从网侧滤波电容的安装、控制和内部结构方面进行研究，提出需要通过改良安装工艺、更换网侧滤波电容型号来解决变流系统故障根源问题。

关键词：风力发电机组；变流系统；滤波电容；控制器

中图分类号：TM315 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.03.115

北京京能新能源有限公司旗杆风电场（以下简称“旗杆风电场”）位于内蒙古赤峰市翁牛特旗境内，一期的装机容量为49.5 MW，安装新疆金风科技股份有限公司生产的GW87/1500直驱永磁风电机组33台，于2012-03-16全部并网发电。风电场并网运行近1年时间，机组常报变流系统故障，降低了风机的可利用率，给风电场造成了一定的经济损失。

变流器采用了IGBT整流的方式把发电机发出的电整流变为直流电，通过网侧逆变模块把直流电变成工频交流电并入电网。

网侧和发电机侧各有独立的控制器，以网侧控制器为主控制器，其他控制器为子控制器。如果机组发生了变流系统故障，将造成风机停机，减少风电场的经济效益，因此，风电场要对此故障进行分析和解决。

1 变流系统工作原理

变流器工作原理如图1所示，1U1为网侧逆变功率模块，2U1和3U1为发电机侧整流功率模块，4U1为制动功率模块。

网侧逆变功率模块1U1的作用是将直流母线上的电能转换成为电网能够接受的形式，并传送到电网上；而发电机侧整流功率模块2U1和3U1则是将发电机发出的电能转换成为直流电能传送到直流母线上；制动功率模块4U1则是在某种原因使得直流母线上的电能无法正常向电网传递或直流母线电压过高时，将多余的电能在电阻4R1和5R1上通过发热消耗掉，以免直流母线电压过高造成器件的损坏。

2 故障情况

2.1 故障统计

为全面了解2012年度金风1.5 MW风电机组变流系统故障现状，从后台监控SCADA数据库中调取了2012-03—12变流

系统故障相关数据。从数据可以得出，2012-03—12风电机组变流系统故障共发生29次，月平均2.9次，相对故障率较高。其中，“网侧滤波电容故障”和“温度低”特别突出，冬季故障率比夏季故障率高很多。

2.2 故障分析处理

经检查发现，网侧滤波大电容额定电压为780 V，额定容量为68 μF，每相三个并联按角形连接。网侧噪声小电容额定电压为400 V，额定容量为9 μF，每相一个按星形连接。网侧滤波大电容额定电压低，容易损坏，导致变流器故障。

现有变流器分为网侧变流器1U1，机侧变流器2U1、3U1，分别安装在三个柜子当中，其中，1U1所在的柜子是主控柜，集中控制1U1、2U1、3U1。主控柜中配有一台风机，配合冷却水的温度来平衡柜内温度，其他两个柜子中无任何加热装置。我风电场地处内蒙古西部，冬季平均气温-26.7 ℃，最低气温可达到-35.6 ℃。在低温情况下，三个变流柜内的温度与环境温度一样，变流器无法在低气温状态下正常工作，因此冬季变流器的故障率较高。

由于水冷系统缺水、漏水等原因，造成变流器不能得到及时散热，从而使风机产生故障。另外，电网波动时会影响变流器的正常工作。

2.3 故障反馈出的问题及改进方法

经过现场调查、分析，发现网侧滤波电容器额定电压选择存在缺陷，为此，我场及时联系厂家技术人员，要求重新设计网侧滤波电容器，从而解决该故障问题。

重新选用电容器，现用的为网侧滤波大电容额定电压780 V、额定容量68 μF，每相三个并联按角形连接；网侧噪声小电容额定电压400 V、额定容量9 μF，每相一个按星形连接。经过技术论证，重新选用的电容器为网侧滤波大电容额定电压850 V、额定容量68 μF，每相三个并联按角形连接；网侧噪声小电容额定电压575 V、额定容量4.7 μF，每相两个并联按星形连接。

3 结束语

通过对风力发电机组变流系统网侧电容问题进行分析，得出变流系统故障主要是由网侧滤波电容器额定电压选择存在缺陷造成的。变流系统决定着风电机组的正常并网，是风电机组的核心部件。只有保障变流器的正常、稳定工作，风电机组才能源源不断地发出电能，为风电场创造经济效益。

参考文献

[1]吴努斌，蹇浪.大功率风机变流器冷却系统的计算与应用[J].电子质量，2012（03）.

〔编辑：王霞〕