乌兰伊力更风电场位于内蒙古巴彦淖尔市，该风电项目是国家第5期风电特许权项目，容量300MW，采用金风1.5MW风力发电机组（其控制系统见图 1）。金风1.5MW风机变流系统采用Switch全功率变流器，变流器的主要作用是把发电机发出的电能转换成适应于电网的电能，反馈至电网。发电机发出的交流电因其电压和频率都很不稳定，需经发电机侧功率单元（2U1和3U1，和发电机2套绕组相对应）整流变换成直流电，送至直流母排，再通过网侧功率单元（1U1）将直流电逆变成能够和电网相匹配的形式送入电网。为了保护变流器系统的稳定，设有过压保护单元（4U1），它可以将多余的能量通过电阻发热消耗掉，避免直流母线电压过高造成器件损坏^[1]。变流器采用分布式控制方式，即网侧和发电机侧各有独立的控制器，通过控制器之间的联系进行相互信息交换和控制^{[2, 3]}。

图1(Figure 1)

图 1 风机控制系统

2013-01-01—07-16，乌兰伊力更风电场共计5个功率单元失效，且每个单元都属于不同批次的产品，无法追溯是否是产品质量问题所致。具体机组及其损坏时间统计见表 1，失效情况如下。

表1(Table 1)

表 1 失效功率单元故障信息

表1 失效功率单元故障信息

130号机组于6月9日6：40报出变流器急停故障，故障时机组功率为119kW，天气阴，环境温度25.9℃。从3U1的service info（见图 2）中可以看出，机组由于3U1报出9号Undervoltage故障、1号Over-current故障而停机，查看其datalogger数据（见图 3），故障时直流母排电压突然跌落，同时V相电流出现异常变化，结合现场失效情况初步推断：由于单元V相内部对地发生短路，导致直流母排电压急剧降低，报出9号Undervoltage故障，同时由于短路发生电流急剧上升，导致变流器报过流故障。

图2(Figure 2)

图 2 130号机组3U1的service info文件截图

图3(Figure 3)

图中：IU、IV、IW分别表示130号机组3U1的U相、V相、W相电流，3U1额定电流为680A，直流母线额定电压为1050V 图 3 130号机组3U1datalogger数据

从1U1和2U1单元的故障记录中看出，1U1的F41号故障电流达4731A，直流母线电压为66V；2U1报出Undervoltage故障，直流母线电压为66V（见图 4）。由于1U1与2U1采用同一母线，因此母线电压相同。结合2U1故障时单元流出的电解液和铜排放电点，可以推断出2U1的支撑电容漏液导致母线短路，引起电压跌落。此时，网侧电压大于母线电压，电流就会通过1U1单元的并联二极管流入母线从而引起倒灌，产生的大电流击穿网侧快速熔断器。

图4(Figure 4)

图 4 172号机组2U1的service info文件截图

分析变流故障文件中的反馈信息，从1U1的service info文件看出，该单元首先报出Main Fuses且U相报出过流故障，可以判断出该单元于6月22日14：48：01发生失效（见图 5）。由Overcurrent故障看出，直流母线电压为48V，U相电流为1620A；由IGBTTemp故障看出，直流母线电压为95V，U相电流为6016A。可以看出1U1电流发生异常变化，同时该单元反馈信息显示U相下端有炭黑和碎屑。初步判断该单元内部U相对地短路，导致单元失效。

图5(Figure 5)

图 5 25号机组1U1的service info文件截图

由于1U1失效瞬间没有相关数据记录，通过查看2U1和3U1的log文件（见图 6、图 7），根据直流母线电压瞬间下降判断1U1已经脱网，而2U1和3U1的电流是母线电压跌落时为支撑母线电压发出的。

图6(Figure 6)

图中：IU、IV、IW分别表示25号机组2U1的U相、V相、W相电流，2U1额定电流为680A，直流母线额定电压为1050V图 6 25号机组2U1datalogger数据

图7(Figure 7)

图中：IU、IV、IW分别表示25号机组3U1的U相、V相、W相电流，3U1额定电流为680A，直流母线额定电压为1050V 图 7 25号机组3U1datalogger数据

1U1和2U1及3U1共用同一母线电压。由1U1两个故障时的母线电压及电流，再结合2U1和3U1的datalogger数据，2U1的48V对应1320A，95V对应1530A，可以判断出1U1同样发生过类似于2U1、3U1的故障，且故障电流远远大于2U1及3U1。2.4 189号机组1U1失效

2013-06-22，189号机组1U1失效。由于2U1的datalogger参数是针对Rdy_ref丢失故障设置的，为非常规设置，不能记录故障发生时的数据。该单元的反馈信息缺少主控及变流故障文件，故无法判断其失效原因。2.5 60号机组1U1失效

60号机组于7月16日12：38：44报出变流器急停故障，故障时机组功率为1239kW。查看serciveinfo文件，1U1报出1号Overcurrent、9号Undervoltage故障，2U1、3U1报出8号、41号及95号故障。

60号机组1U1datalogger数据见图 8。从图 8中可以看到，故障前三相电流异常变化，而电机侧2U1、3U1检测到的三相电流均正常，网侧电流、电压在故障前也未有异常，因此推断1U1自身问题导致此种现象。结合现场检查反馈（单元U相滴水），判断是U相内部冷却水管由于工艺问题导致渗水，最终引起单元内部失效。

图8(Figure 8)

图中：IU、IV、IW分别表示60号机组1U1的U相、V相、W相电流，1U1额定电流为1320A，直流母线额定电压为1050V 图 8 60号机组1U1datalogger数据

变流单元失效原因一般有如下几种：

（1）变流单元内部短路；

（2）天气、气候等原因导致环境湿度大，引起凝露现象，导致单元失效；

（3）变流单元母排处由于材质绝缘问题导致单元失效。4 处理方法及建议

（1）将针对Rdy_ref丢失故障设置的datalogger修改为常规设置。

（2）对于变流类严重故障，包括变流器紧急停机，变流器调制后Rdy_on丢失、Rdy_run丢失及Rdy_ref丢失等，严禁远程复位操作，需就地进行必要的检查。

（3）更换各变流器柜体及塔筒密封条，同时保证变流柜各柜门上的上、中、下3把锁均锁住，保证塔筒门密封严实。

（4）对于出阀压力或进阀压力超低的机组，应认真检查水冷系统连接管道之间是否存在漏水现象。若存在漏水，需及时进行改造；对于缺水现象，需及时对变流器进行补水。

（5）机组长时间掉电后上电，务必对机组变流系统进行除湿操作^{[4, 5]}。

经上述改造后，机组运行比较稳定，功率单元失效情况得到了有效控制。