12月21日-22日，由中國可再生能源學會風能專業(yè)委員會主辦的第二屆風電設備質量與可靠性論壇在北京裕龍國際酒店隆重召開。
　　
　　禾望電氣技術服務部副總監(jiān)王立強出席會議并發(fā)表了題為“風電機組運行過程中的可靠性保障——風電變流器組網監(jiān)控”的主旨演講。
　　
　　以下為發(fā)言內容：
　　
　　王立強：各位行業(yè)同仁大家好，因為我是在公司里面負責售后服務的，我今天演講的內容，從我售后服務的角度來看待我們作為產品，作為售后服務的可靠性是如何保障的。
　　
　　首先公司是專注于新能源和工業(yè)傳動產品的電氣產品研發(fā)制造銷售的企業(yè)，目前公司是變流器領域的龍頭企業(yè)，擁有技術領先的光伏產品線，目前公司在參與新能源電動汽車等行業(yè)的產品研發(fā)和市場拓展。公司在新能源變流器行業(yè)，累計發(fā)貨超過16000臺。
　　
　　變流器可靠運行的要求，我們知道變流器是整個風電機組里面能量轉換的核心設備，另外變流器發(fā)出來的電，通過電網推送到電流系統(tǒng)。另外變流器還是主控里面的執(zhí)行部件，所以我們看到變流器在整個系統(tǒng)里面處在很核心的位置。我們在多年故障統(tǒng)計來說，歐洲有一個專門組織，他們研究發(fā)現，在風機里面故障率最高的是變流器，整個風機里面，變流器的故障率超過25%，在停機時間上面超過20%。但是本身變流器在整個系統(tǒng)里面的投資占比是比較低的，所以說在設備選型里面，不管是從業(yè)主還是主機廠家來說，應該盡可能選擇一個可靠的產品，對投資收益比來說是很重要的。變流器里面故障率最高的幾個部件，第一我們在變流器里面很核心的模塊，第二就是信號類的故障，比如編碼器，包括信號接觸不良。第三類似器件類的，包括電池類的這些元器件。第四冷卻系統(tǒng)。第五控制電路板。
　　
　　為什么變流器的故障率是在機組中最高的呢？第一個我們的系統(tǒng)對變流器基本要求，就是將風級獲得的機械能轉變成高品質的電能，適應性強，運行穩(wěn)定。實際上我們現在的結果變流器是故障率最高的，幾個原因，我總結了一下，第一他是復雜的電路電子產品，變流器涉及到元器件IPTG的使用，第二實際到集成電網的控制算法，我們對電網的適應性。第三涉及到系統(tǒng)配件設置，第四涉及到我們產品的適應性設計，對環(huán)境的適應性，對機組匹配性，跟電機的協調配合。變流器從大布置來說，里面的子部件有幾十種，如果是細分到電路板，他的零部件涉及到上千種，供應鏈管理，生產制造管理也是最復雜的，任何一個單板上的器件，電阻電容都會造成變流器的故障。第二面臨的惡劣環(huán)境應用，我們的風電跟工業(yè)傳動里面很明顯的區(qū)別，風電應用的環(huán)境是很惡劣的，從北到南，從東到西差異性太大，最低零下40度，最高50度這樣的場合。包括高海拔，高濕度的應用。第三復雜的高空旋轉傳動鏈，要跟系統(tǒng)很好的匹配，他的轉矩跟發(fā)電機的轉矩要很好的控制，保證系統(tǒng)穩(wěn)定運行，這個也是很重要的，現在國內已經有案例，變流器轉矩做的不太好，把系統(tǒng)的齒輪箱造成批量損壞的案例。所以不光是簡單的一個部件，還是很重要系統(tǒng)配合。
　　
　　第四個應用于復雜電網環(huán)境，我們在風資源比較好的地方，西南的偏遠山區(qū)，往往這種地方他的電網環(huán)境，電網質量是最差的，要求我們整個風機對當地電網的適應性，提了更高的要求。外部故障會引起變流器的故障，比如系統(tǒng)短路，發(fā)電機的問題，最終故障表現都體現在變流器上。
　　
　　這個就是我簡單總結了一下變流器故障率高的原因。里面主要部件涉及到的模塊，組件，包括主接收器，中間沒有體現出來的控制、散熱。這就是相對整個在變流器里面，各個廠家故障率最高的模塊，這個模塊里面，最前面的是器件，到最后組成模塊放到系統(tǒng)里面。如果這個模塊再拆開，里面是半導體芯片，指甲這么大的芯片要承載上百安的電流運行，所以對系統(tǒng)模塊的硬件保護，電路的設計，包括控制提出了更高要求。確實半導體器件失效，我們分析也是很困難，他失效是直接炸掉了，看到他的尸體就是一堆黑糊糊的，沒法做分析了。所以這么多年來說，這個器件一直在應用里面比較難的課題。
　　
　　第二個我們行業(yè)，對變流器的環(huán)境應用性要求，2007年開始做風電的時候，包括進口變流器，他在國內1.5的機型，賣給企業(yè)就是1.5的變流器，包括最早的，前面幾年進口的變流器，在國內應用出現很多這方面的問題，就是沒有現場實際的應用環(huán)境去考慮這種特性。包括設備散熱和防護，既要滿足散熱要求，又要滿足設備的保護要求，有一些矛盾的地方。做好良好的設計，要達到一個系統(tǒng)匹配，剛才我們韓老師提的事情，不一定最好的器件做出最好的產品，器件之間的配合也是很重要的。
　　
　　包括我們國內，實際的電網環(huán)境，對變流器的要求，需要達到的要求，包括電網電壓諧波的適應性要求。這是一個寬電壓范圍的要求，這個是頻率偏差的要求，另外就是做更好保護的功能，完善的保護機制，是變流器穩(wěn)定安全的基礎，怎樣把他的保護做到更完善。完善的測試流程，專業(yè)的測試方法和方案。還有一個重要的問題，問題的反饋，真正產品出了問題之后，如何能快速的分析，把這個問題解決，再進行迭代開發(fā)，這也是很重要的，包括我們現在公司2007年到現在，已經十年了，我們的產品也會出很多，變流器的行業(yè)確實涉及到的零部件太多了，下面的供應商管理難度也是很大。
　　
　　所以快速的把這些問題，尤其在產品早期識別出來，盡快把他解決掉，整改掉，也是很重要的一個環(huán)節(jié)。針對現場變流器的主要問題，第一方面產品設計的缺陷，我們早期設計變流器里面，壽命到了之后，造成變流器的起火，甚至導致風機起火的問題，這是早期產品設計缺陷的問題。第二產品環(huán)境適應性，在當地特有的環(huán)境對變流器的影響，因為我們知道電力電子設備，對什么最敏感？對濕度，對環(huán)境的溫度，對粉塵，灰塵，這些外部的器件，設備的可靠性影響很大。另外變流器外部故障，系統(tǒng)配合的問題，跟電機的配合，跟電網的配合，另外還有一點，我們知道每年都有定期的維護保養(yǎng)，但是對變流器來說，做的不到位，但是經過這么多年發(fā)展，有些業(yè)主已經認識到了，實際上電力電阻變流器，過三年五年要維護，因為發(fā)生了太多起火事件。
　　
　　下面跟大家簡單分享幾個我們在現場碰到的典型應永安里，這就是特定氣侯，新疆有一個氣侯特點，冬季這個時候是沒有風的，在新疆這個季節(jié)是沒有風的，什么時候是他的大風季節(jié)，夏天，環(huán)境溫度40、50度的時候，地表溫度50、60度甚至更高的時候，他這時候是大風風沙。有一個項目，最早也是2008、2009年項目，發(fā)生這個地方的變流器故障率特別高。我們這個機型在其他地方沒有這個問題，后來分析，沒有考慮當地特定氣侯，我們在新疆的話，達坂城這個地方，四五月份風大的時候會把火車吹倒，他設備的選型，1.5的變流器就不適合這個地方，就要選更高一個等級，這是在特定的氣侯，我們要考慮我們國家跟歐洲這些地方，由于早期我們設備都是進口的，我們要考慮到我們的國家特定的環(huán)境，跟國外是不一樣的。
　　
　　第二個，西南，包括華南高海拔高濕度地區(qū)，濕度對設備影響很大的，我們統(tǒng)計，從我們自己內部故障率統(tǒng)計，高濕度地區(qū)跟一般區(qū)域故障率要增加一倍左右，另外我們現在，尤其是當地一停電進行設備檢修，一起機之后，可能要兩三個小時，這樣業(yè)主會說不能忍受，想盡快發(fā)電。濕度在元器件里面，會有一臺或者兩臺風機故障，器件損壞。這是我們真實的案例，現在風電開發(fā)也會受其他的因素影響，比如說我的設備放到現場，兩三年之后器件腐蝕比較嚴重，所以我們一直不斷面臨著新的問題，最新的問題就是對我們的設備可靠運行，造成了很大的影響。需要我們真正的去了解產品應用的場合。
　　
　　另外變流器跟水冷機設計匹配的問題，本身水冷機是為變流器服務，要散熱的，他的流量，他的壓力，他設計的不太好的話，會造成變流器的故障，最終爆出故障過熱之后，是變流器通過過熱，或者其他問題這些故障爆出來的。第二造成很多的相互之間的扯皮，后來我們公司從產品的維護，包括對客戶滿意度來說，我們設計了水冷一體機，變流器和他設計到一起了，這樣我能做到更好的匹配性跟更優(yōu)的控制。包括我們在北方提供水冷機跟在南方提供的水冷機是不一樣的，要根據機型，如果是低溫型的變流器就要配低溫型的水冷機，這樣的監(jiān)控，跟我變流器變成一體，形成一體，更好的系統(tǒng)運行配合。
　　
　　另外還有一個問題，我們現在產品的質保都是五年，我們提供的變流器電池達到第三年，第四年的時候故障率就會很高了。我們現在電池，因為他是鉛酸性電池，郵寄是很麻煩的，很多地方不允許郵寄電池，給我們維護造成了很大影響。早期使用的電池現在逐步轉向超級電容或者其他方式，根據我們在變流器里面，每一臺電流器都要配一個EPS，這么多年EPS造成的困擾，我們設計了一個免維護，現在想法是比較好，推廣做的不太好，我們國內風電這個行業(yè)的創(chuàng)新，是比較緩慢的，風電創(chuàng)新跟另一種新能源光伏來說，大大落后。我們覺得很好的方式推到廠家，推廣到業(yè)主，要經過很多技術協議的變更是很麻煩的。
　　
　　上午張博士講電網特性，我們風能有一些什么特點呢？波動性和限制性，發(fā)電裝備有一些電網適應性，隨著我們將來噴霧式能源發(fā)展，這種特性會越來越明顯。剛才講到新能源末梢電網振蕩問題，是有發(fā)生。我們在2012年開始，在過的風場發(fā)生了次諧波的案例。這是我們在某一個風場，總共132臺機組，每一個月有時候發(fā)生一次兩次故障。什么特性呢？大頻率的低頻波動觸發(fā)了保護，從電網波形來看，波形還是比較好的。這個解決我們的現象，我們是部分功率變換，通過變流器控制轉體側來控制整個機組，里面有一個轉換的公式，這邊是50赫茲，這是次諧波。次諧波會在定子端放大，會造成定子端功率波動，藍色的那個，定子端低頻波動會造成很大的波動。
　　
　　如果把這個特性提取出來，進行智能化的控制之后，我們做了解決，這個問題在國外好多年前已經發(fā)生過了，包括新疆哈密，吉林發(fā)生了類似的問題，并不是個例。我們去年對158臺的設備進行了改造，第一個問題是電網低頻波動造成的脫網，第二控制器的故障率偏高，第三設備缺陷，機械壽命有限。我們改造方案一個是控制，一個是替代，另外我們增加了并網接收器。這個改造是去年的9月份到11月份完成改造，降低了脫網問題，大幅度降低了故障率和維護成本。這個就是原來的控制器更新的直接替換，并網脫網接受器。并且對他進行了國產化替代。
　　
　　最后我講一下變流器的智能運維，我們知道變流器有一個特點，在機組里面，數據的分辨率比較高，變流器涵蓋設備本身及發(fā)電機在內的各種參數，他屬于高智能化的設備，這些數據可以達到三倍多甚至更高。昨天周總包括今天提到葉片問題，是我們在行業(yè)里面遇到很大的問題。我們包括現在有很多的方案，我們是利用檢測到的數據，在線診斷葉片的問題，本身作為一個風機的智能傳感器，變流器作為最重要的轉化部件，本身就是一個智能的傳感器，葉片不平衡，系統(tǒng)是新的思路，因為他不增加太多成本，第二他是實時在線檢測，這個跟我們傳統(tǒng)檢測有一些區(qū)別，振動檢測CMS對高頻比較敏感，但是他對低頻，葉片的振動是0.0幾赫茲，振動傳感器是對50赫茲以上的信號比較敏感，變流器是對低頻的信號比較敏感。理論是什么呢，我風機上面的不平衡，是具有這樣的公式，倍頻波動通過分析定子的電流，如果是有定子電流的平譜，周圍的平譜會比較豐富。這個跟理論是符合的，我們這套系統(tǒng)，主要是利用變流器，包括風場服務器，包括云服務器，進行數據采集在線監(jiān)測，這是我們在寧夏的案例，通過振動檢測測到的，通過對電流的分析發(fā)現的一個案例。
　　
　　這是我們在遼寧的一個案例，這是一個新的思路，和業(yè)主合作，收集更多的數據。最基本的還是產品設計跟生產環(huán)節(jié)，第二和整機系統(tǒng)部件很好的匹配度，第三快速響應機制，在早期發(fā)現盡快改正，第四因地制宜的設備選型，第五良好的設備維護，第六完善的售后服務相應體系，最后用比較先進的智能化，大數據運維方式，提供數據的采集，包括運行維護，包括故障檢測。謝謝大家。