一种风力发电机组偏航速度故障原因分析及解决方案

【摘要】本文介绍了国内某种机型的风力发电机组在运行过程中频繁报出偏航速度故障的问题，分析发现变频器在运行过程中产生的高次谐波没有得到有效抑制，导致偏航软启动器工作异常，最终报出偏航速度故障而停机。

针对此问题，本文进行深入分析，制定出有效抑制变频器高次谐波的整改方案，并通过了试验验证，变频器高次谐波导致偏航软启动器工作异常的问题得到彻底解决。关键词：偏航速度、变频器、高次谐波、整改方案0引言偏航系统主要实现两个功能：自动对风和解缆。风力发电机组偏航系统由偏航检测机构（风速仪、风向标）、偏航控制机构（PLC）和偏航执行机构（软启动器、液压站、偏航电机、减速箱）三大部分组成。其中，软启动器的主要功能是实现偏航电机平滑启动，降低启动电流，减轻机组振动。但是软启动器工作异常将造成机组偏航无法动作，报出偏航速度故障而停机，本文重点分析这种偏航速度故障产生的根本原因及其解决方案。1问题描述某风电场自投产以来多台机组在运行过程中频繁报出偏航速度故障，偏航控制系统发出偏航指令，但是偏航电机没有动作，偏航速度为0,偏航位置没有变化,然后机组报出偏航速度故障而停机。手动进行偏航测试时，动作正常，不会触发偏航速度故障。具体信息如图1：图1

error文件报文信息2偏航系统工作原理、软启动器工作原理、偏航速度故障逻辑偏航系统工作原理：如图2，偏航检测机构将当前机组的风速、风向信号传递给PLC；PLC计算出机组当前对风角度，由PLC内部控制逻辑，判断机组是否满足偏航条件；当偏航条件满足时，偏航激活，PLC发出控制指令，首先偏航电机电子刹车打开、液压站偏航系统泄压，随后，PLC发出偏航软启使能信号及偏航接触器控制信号（左偏、右偏），继而发出偏航软启启动信号，之后偏航电机得电，执行机组偏航。图2偏航系统工作原理软启动器工作原理：风力发电机组所用的软启动器能实现偏航电机的软启和软停，软启动器接到三相电源和偏航电机之间，用户可对软启动器的“启动时间”、“停止时间”及“转矩”进行设置，如图3，在软启动器中，L2相交流电源直接与电机V相连接，L1、L3相交流电源与偏航电机之间串有反向并联晶闸管。利用晶闸管的电子开关特性，通过软启动器中的PIC控制芯片控制触发脉冲、触发角的大小来改变晶闸管的导通程度，从而改变加到偏航电机绕组上的电压。当晶闸管的导通从00开始上升时，电动机开始启动，随着导通角的增大，晶闸管的输出电压也逐渐增高，偏航电机便开始加速，直至电压输出至额定电压，软启动器内部旁路接触器动作，偏航电机全压运行。图3偏航系统软启动器接线图及工作时序图

偏航速度故障逻辑：主控通过偏航编码器采集偏航位置信号，对偏航位置信号进行微分及低通滤波处理后得到偏航速度值，以下2种情况均会触发偏航速度故障。情况一：主控给出右偏航指令并且延时30s，偏航速度小于0.2o/s，报出偏航速度故障。情况二：主控给出左偏航指令并且延时30s，偏航速度大于-0.2o/s，报出偏航速度故障。3问题分析3.1对风机偏航系统硬件设备进行检查对机组偏航半泄压力、偏航电子刹车、偏航编码器、偏航电机、偏航减速箱以及主回路和控制回路电气设备等进行检查，同时对风速仪、风向标进行检查,均未发现异常。3.2对偏航动作过程数据进行分析分别在待机状态和并网状态下，采集偏航软启使能信号、偏航软启启动信号、偏航位置信号、以及液压站偏航半泄压力值等数据，具体故障数据分析如图4。图4

故障分析曲线图

上图可以看出机组在并网运行过程中控制器发出偏航软启EN（使能）信号以及偏航软启启动信号，液压站压力降到半泄压力值，但是偏航电机没有动作，机舱位置没有变化，然后风机报出偏航速度故障而停机；而在待机模式下风机可以实现自动偏航对风，未触发偏航速度故障。可以判定偏航系统检测机构、控制机构以及执行机构均未发生异常。3.3EMC影响分析参考IEC61000-2-4《工业设备低频传导干扰的兼容性标准》，软启动器可能受到电网高次谐波影响，软启动器的过零检测异常，发出错误的晶闸管门极驱动指令，软起动器报错，无法实现其功能。根据双馈变速恒频风力发电机组的非线性特性，变频器在SPWM调制过程中，会产生高次谐波并感应出高次简谐波，如果变频器本身抑制谐波能力不足，会对负载运行产生影响。在机组并网运行和待机状态下对电能质量进行对比分析，具体如下：图5待机状态下U1相高次谐波分析图6并网运行状态下U1相高次谐波分析

由图5、图6分析可以看到：机组并网运行状态高次谐波含量是待机状态3倍，THD（总谐波失真）高于待机状态且达到2.56%，而且谐波频率在1-2KHz左右，接近变频器开关频率。初步判断是机组运行状态下产生高次谐波造成电能质量变差，影响偏航软启动器正常工作，报出偏航速度故障。3.4针对分析结果提出方案并验证高次谐波不可能完全被消除,只能通过有效的方式减小谐波的危害,为抑制电网高次谐波，本文提出在偏航供电主回路前加装平波电抗器的方案，以改善电能质量。电抗器安装情况如下图：图7平波电抗器安装情况

机组安装电抗器实验改造，经过一周时间运行观察，机组在并网运行状态下未出现因偏航速度故障导致停机的情况，所以判定机组偏航速度故障的根本原因是偏航软启动器受到电网高次谐波影响。4解决方案在偏航供电主回路前加装平波电抗器，抑制电网高次谐波。5结束语本文介绍了一种风力发电机组偏航速度故障原因分析及