禾望电气王立强：从售后角度看风电变流器的可靠性保障

　　12月21日-22日，由中国可再生能源学会风能专业委员会主办的第二届风电设备质量与可靠性论坛在北京裕龙国际酒店隆重召开。
　　
　　禾望电气技术服务部副总监王立强出席会议并发表了题为“风电机组运行过程中的可靠性保障——风电变流器组网监控”的主旨演讲。
　　
　　以下为发言内容：
　　
　　王立强：各位行业同仁大家好，因为我是在公司里面负责售后服务的，我今天演讲的内容，从我售后服务的角度来看待我们作为产品，作为售后服务的可靠性是如何保障的。
　　
　　首先公司是专注于新能源和工业传动产品的电气产品研发制造销售的企业，目前公司是变流器领域的龙头企业，拥有技术领先的光伏产品线，目前公司在参与新能源电动汽车等行业的产品研发和市场拓展。公司在新能源变流器行业，累计发货超过16000台。
　　
　　变流器可靠运行的要求，我们知道变流器是整个风电机组里面能量转换的核心设备，另外变流器发出来的电，通过电网推送到电流系统。另外变流器还是主控里面的执行部件，所以我们看到变流器在整个系统里面处在很核心的位置。我们在多年故障统计来说，欧洲有一个专门组织，他们研究发现，在风机里面故障率最高的是变流器，整个风机里面，变流器的故障率超过25%，在停机时间上面超过20%。但是本身变流器在整个系统里面的投资占比是比较低的，所以说在设备选型里面，不管是从业主还是主机厂家来说，应该尽可能选择一个可靠的产品，对投资收益比来说是很重要的。变流器里面故障率最高的几个部件，第一我们在变流器里面很核心的模块，第二就是信号类的故障，比如编码器，包括信号接触不良。第三类似器件类的，包括电池类的这些元器件。第四冷却系统。第五控制电路板。
　　
　　为什么变流器的故障率是在机组中最高的呢？第一个我们的系统对变流器基本要求，就是将风级获得的机械能转变成高品质的电能，适应性强，运行稳定。实际上我们现在的结果变流器是故障率最高的，几个原因，我总结了一下，第一他是复杂的电路电子产品，变流器涉及到元器件IPTG的使用，第二实际到集成电网的控制算法，我们对电网的适应性。第三涉及到系统配件设置，第四涉及到我们产品的适应性设计，对环境的适应性，对机组匹配性，跟电机的协调配合。变流器从大布置来说，里面的子部件有几十种，如果是细分到电路板，他的零部件涉及到上千种，供应链管理，生产制造管理也是最复杂的，任何一个单板上的器件，电阻电容都会造成变流器的故障。第二面临的恶劣环境应用，我们的风电跟工业传动里面很明显的区别，风电应用的环境是很恶劣的，从北到南，从东到西差异性太大，最低零下40度，最高50度这样的场合。包括高海拔，高湿度的应用。第三复杂的高空旋转传动链，要跟系统很好的匹配，他的转矩跟发电机的转矩要很好的控制，保证系统稳定运行，这个也是很重要的，现在国内已经有案例，变流器转矩做的不太好，把系统的齿轮箱造成批量损坏的案例。所以不光是简单的一个部件，还是很重要系统配合。
　　
　　第四个应用于复杂电网环境，我们在风资源比较好的地方，西南的偏远山区，往往这种地方他的电网环境，电网质量是最差的，要求我们整个风机对当地电网的适应性，提了更高的要求。外部故障会引起变流器的故障，比如系统短路，发电机的问题，最终故障表现都体现在变流器上。
　　
　　这个就是我简单总结了一下变流器故障率高的原因。里面主要部件涉及到的模块，组件，包括主接收器，中间没有体现出来的控制、散热。这就是相对整个在变流器里面，各个厂家故障率最高的模块，这个模块里面，最前面的是器件，到最后组成模块放到系统里面。如果这个模块再拆开，里面是半导体芯片，指甲这么大的芯片要承载上百安的电流运行，所以对系统模块的硬件保护，电路的设计，包括控制提出了更高要求。确实半导体器件失效，我们分析也是很困难，他失效是直接炸掉了，看到他的尸体就是一堆黑糊糊的，没法做分析了。所以这么多年来说，这个器件一直在应用里面比较难的课题。
　　
　　第二个我们行业，对变流器的环境应用性要求，2007年开始做风电的时候，包括进口变流器，他在国内1.5的机型，卖给企业就是1.5的变流器，包括最早的，前面几年进口的变流器，在国内应用出现很多这方面的问题，就是没有现场实际的应用环境去考虑这种特性。包括设备散热和防护，既要满足散热要求，又要满足设备的保护要求，有一些矛盾的地方。做好良好的设计，要达到一个系统匹配，刚才我们韩老师提的事情，不一定最好的器件做出最好的产品，器件之间的配合也是很重要的。
　　
　　包括我们国内，实际的电网环境，对变流器的要求，需要达到的要求，包括电网电压谐波的适应性要求。这是一个宽电压范围的要求，这个是频率偏差的要求，另外就是做更好保护的功能，完善的保护机制，是变流器稳定安全的基础，怎样把他的保护做到更完善。完善的测试流程，专业的测试方法和方案。还有一个重要的问题，问题的反馈，真正产品出了问题之后，如何能快速的分析，把这个问题解决，再进行迭代开发，这也是很重要的，包括我们现在公司2007年到现在，已经十年了，我们的产品也会出很多，变流器的行业确实涉及到的零部件太多了，下面的供应商管理难度也是很大。
　　
　　所以快速的把这些问题，尤其在产品早期识别出来，尽快把他解决掉，整改掉，也是很重要的一个环节。针对现场变流器的主要问题，第一方面产品设计的缺陷，我们早期设计变流器里面，寿命到了之后，造成变流器的起火，甚至导致风机起火的问题，这是早期产品设计缺陷的问题。第二产品环境适应性，在当地特有的环境对变流器的影响，因为我们知道电力电子设备，对什么最敏感？对湿度，对环境的温度，对粉尘，灰尘，这些外部的器件，设备的可靠性影响很大。另外变流器外部故障，系统配合的问题，跟电机的配合，跟电网的配合，另外还有一点，我们知道每年都有定期的维护保养，但是对变流器来说，做的不到位，但是经过这么多年发展，有些业主已经认识到了，实际上电力电阻变流器，过三年五年要维护，因为发生了太多起火事件。
　　
　　下面跟大家简单分享几个我们在现场碰到的典型应永安里，这就是特定气侯，新疆有一个气侯特点，冬季这个时候是没有风的，在新疆这个季节是没有风的，什么时候是他的大风季节，夏天，环境温度40、50度的时候，地表温度50、60度甚至更高的时候，他这时候是大风风沙。有一个项目，最早也是2008、2009年项目，发生这个地方的变流器故障率特别高。我们这个机型在其他地方没有这个问题，后来分析，没有考虑当地特定气侯，我们在新疆的话，达坂城这个地方，四五月份风大的时候会把火车吹倒，他设备的选型，1.5的变流器就不适合这个地方，就要选更高一个等级，这是在特定的气侯，我们要考虑我们国家跟欧洲这些地方，由于早期我们设备都是进口的，我们要考虑到我们的国家特定的环境，跟国外是不一样的。
　　
　　第二个，西南，包括华南高海拔高湿度地区，湿度对设备影响很大的，我们统计，从我们自己内部故障率统计，高湿度地区跟一般区域故障率要增加一倍左右，另外我们现在，尤其是当地一停电进行设备检修，一起机之后，可能要两三个小时，这样业主会说不能忍受，想尽快发电。湿度在元器件里面，会有一台或者两台风机故障，器件损坏。这是我们真实的案例，现在风电开发也会受其他的因素影响，比如说我的设备放到现场，两三年之后器件腐蚀比较严重，所以我们一直不断面临着新的问题，最新的问题就是对我们的设备可靠运行，造成了很大的影响。需要我们真正的去了解产品应用的场合。
　　
　　另外变流器跟水冷机设计匹配的问题，本身水冷机是为变流器服务，要散热的，他的流量，他的压力，他设计的不太好的话，会造成变流器的故障，最终爆出故障过热之后，是变流器通过过热，或者其他问题这些故障爆出来的。第二造成很多的相互之间的扯皮，后来我们公司从产品的维护，包括对客户满意度来说，我们设计了水冷一体机，变流器和他设计到一起了，这样我能做到更好的匹配性跟更优的控制。包括我们在北方提供水冷机跟在南方提供的水冷机是不一样的，要根据机型，如果是低温型的变流器就要配低温型的水冷机，这样的监控，跟我变流器变成一体，形成一体，更好的系统运行配合。
　　
　　另外还有一个问题，我们现在产品的质保都是五年，我们提供的变流器电池达到第三年，第四年的时候故障率就会很高了。我们现在电池，因为他是铅酸性电池，邮寄是很麻烦的，很多地方不允许邮寄电池，给我们维护造成了很大影响。早期使用的电池现在逐步转向超级电容或者其他方式，根据我们在变流器里面，每一台电流器都要配一个EPS，这么多年EPS造成的困扰，我们设计了一个免维护，现在想法是比较好，推广做的不太好，我们国内风电这个行业的创新，是比较缓慢的，风电创新跟另一种新能源光伏来说，大大落后。我们觉得很好的方式推到厂家，推广到业主，要经过很多技术协议的变更是很麻烦的。
　　
　　上午张博士讲电网特性，我们风能有一些什么特点呢？波动性和限制性，发电装备有一些电网适应性，随着我们将来喷雾式能源发展，这种特性会越来越明显。刚才讲到新能源末梢电网振荡问题，是有发生。我们在2012年开始，在过的风场发生了次谐波的案例。这是我们在某一个风场，总共132台机组，每一个月有时候发生一次两次故障。什么特性呢？大频率的低频波动触发了保护，从电网波形来看，波形还是比较好的。这个解决我们的现象，我们是部分功率变换，通过变流器控制转体侧来控制整个机组，里面有一个转换的公式，这边是50赫兹，这是次谐波。次谐波会在定子端放大，会造成定子端功率波动，蓝色的那个，定子端低频波动会造成很大的波动。
　　
　　如果把这个特性提取出来，进行智能化的控制之后，我们做了解决，这个问题在国外好多年前已经发生过了，包括新疆哈密，吉林发生了类似的问题，并不是个例。我们去年对158台的设备进行了改造，第一个问题是电网低频波动造成的脱网，第二控制器的故障率偏高，第三设备缺陷，机械寿命有限。我们改造方案一个是控制，一个是替代，另外我们增加了并网接收器。这个改造是去年的9月份到11月份完成改造，降低了脱网问题，大幅度降低了故障率和维护成本。这个就是原来的控制器更新的直接替换，并网脱网接受器。并且对他进行了国产化替代。
　　
　　最后我讲一下变流器的智能运维，我们知道变流器有一个特点，在机组里面，数据的分辨率比较高，变流器涵盖设备本身及发电机在内的各种参数，他属于高智能化的设备，这些数据可以达到三倍多甚至更高。昨天周总包括今天提到叶片问题，是我们在行业里面遇到很大的问题。我们包括现在有很多的方案，我们是利用检测到的数据，在线诊断叶片的问题，本身作为一个风机的智能传感器，变流器作为最重要的转化部件，本身就是一个智能的传感器，叶片不平衡，系统是新的思路，因为他不增加太多成本，第二他是实时在线检测，这个跟我们传统检测有一些区别，振动检测CMS对高频比较敏感，但是他对低频，叶片的振动是0.0几赫兹，振动传感器是对50赫兹以上的信号比较敏感，变流器是对低频的信号比较敏感。理论是什么呢，我风机上面的不平衡，是具有这样的公式，倍频波动通过分析定子的电流，如果是有定子电流的平谱，周围的平谱会比较丰富。这个跟理论是符合的，我们这套系统，主要是利用变流器，包括风场服务器，包括云服务器，进行数据采集在线监测，这是我们在宁夏的案例，通过振动检测测到的，通过对电流的分析发现的一个案例。
　　
　　这是我们在辽宁的一个案例，这是一个新的思路，和业主合作，收集更多的数据。最基本的还是产品设计跟生产环节，第二和整机系统部件很好的匹配度，第三快速响应机制，在早期发现尽快改正，第四因地制宜的设备选型，第五良好的设备维护，第六完善的售后服务相应体系，最后用比较先进的智能化，大数据运维方式，提供数据的采集，包括运行维护，包括故障检测。谢谢大家。