5MW风电机组变流器性能优化对提高发电量的研究

　　摘要：变流器是风力发电机组的核心部件之一，是实现能量转换的主要设备，其性能决定了风电机组运行的可靠性及发电效率。以5MW双馈风电机组为研究对象，通过对机组变频器自身性能提升、相关电气系统结构调整和主控系统优化，降低变流器故障率，提升机组容量，从而提高机组发电量。

　　关键词：风力发电机;变流器;主控系统;故障率;机组容量;发电量

　　0引言

　　为了应对日益逼近的能源紧缺与环境污染，人们的目光逐渐投向了清洁、可再生的新能源。其中，风电作为新能源的代表之一，也得到了越来越多的关注与发展[1]。大功率风机的研发设计和应用，可以有效提高资源利用率，逐步降低风机的单位发电成本，是风力发电行业的未来发展方向。

　　目前，我国的大功率发电机组已经完成了研发实验工作，正处于规划应用阶段，但由于规模化运行时间较短，大功率变频器未得到长时间的实际检验，成为风电机组故障率最高的部件之一[2-3]，因此，如何提高变频器的可靠性是当前迫切需要解决的问题。本文在5MW双馈风电机组变流器性能优化、功率提升和发电量提高的项目背景下，简述了变流器性能优化的主要内容，分析了优化前后功率曲线、变流器故障率和发电量等相关数据。

　　1变流器性能优化的主要内容

　　变流器性能优化主要包括：硬件变更、软件开发和实验项目三方面内容。

　　1.1硬件变更

　　将5MW双馈机组当前的3台小功率变频器更换为1台大功率变频器运行，并规划布局安装和接线改造。

　　1.2软件开发针对大功率变频器开发新变频器控制程序和整机控制程序，实现大功率变频器与整机的匹配和容量提升。

　　1.3试验项目对改造后5MW风电机组进行低电压穿越试验，出具型式试验报告。

　　2功率曲线分析

　　变流器改造前的功率曲线和标准曲线，改造前的实际功率曲线优于标准功率曲线，在额定风速以下的实发功率高于标准值。变流器改造前后的功率曲线，改造后的功率曲较改造前功率曲线有明显的提升，在额定风速下功率提升到5200kW以上。

　　3风机故障率分析

　　由变流器改造前和改造后的故障统计可知,改造前变流器故障占总故障的43.5%;改造后变流器故障占总故障的3.1%。由此可分析，变流器改造达到提高可利用率，降低运维成本，提高发电量的预期目的。

　　4风机发电量提升分析

　　80%以上的风资源都集中在3.5~8.5m/s之间。依据改造前后的实际功率曲线和风资源百分比可以估计出改造前后的年发电量，在此做时间归一化处理，做出改造前后年发电量提升百分比f。由上述公式和现场数据可算得改造后发电量提高了7.1%。

　　5结束语

　　通过对5MW风电机组变流器性能优化，由改造前后数据的对比分析，可看出功率曲线明显提升，风机容量提高到5.2MW，变流器故障率大幅降低，发电量大幅提高。结果表明，通过对变流器的性能优化，有益于提高风电机组的整体运行可靠性和发电量，降低运营维护成本，同时为后续大功率风电机组的变频器选型提供参考，促进大功率风电机组的广泛应用和行业的健康有序发展，具有重要的研究价值和经济效益。

　　参考文献：

　　[1]胡子晨.中功率风电变流器的效率优化设计研究[D].上海：东华大学,2014.

　　[2]黄玲玲，曹家麟，符杨.海上风电场电气系统现状分析[J].电力系统保护与控制，2014，42(10)：147-154.

　　电力方向论文投稿刊物：电力系统保护与控制(半月刊)创刊于1973年，是由国家电网中电装备许继集团有限公司主管、国家电网中电装备许昌智能电网装备试验研究院(原许昌继电器研究所)主办的全国性电工技术类科技期刊。