1.风力发电机和变频器的发展概述

1.1风力发电机组

风力发电机组和整个系统是这种能力转移和转换的中间媒介，也是主要的动力装置。风力发电机主要由风力发电机、发电机、齿轮箱、变频器等结构组成，包括机械装置和电气控制部分，可将风力发电机的能量转换过程从发电到并网负载进入家庭，形成整体高效系统。目前，风力发电行业的许多发电机是我国独立设计制造的核心产品，市场应用最广泛的是双馈直驱，两种机组需要通过变频器技术处理干预公共电网，两者在特定变频器接入侧位置结构不同，直驱风力发电机干预位置主要为电子侧，双馈主要在风力发电机定子侧。整个变频器的结构主要由整流电路、逆变电路等具体电路流程[1]组成。

1.2变频器发展概述

变频器是一种可以实现自身速度调节的驱动系统。其主要基本原理是变频技术和微电子自动控制技术。通过调节工作环境中电机的不同输入电源频率，可以控制电机等动力设备的不同工作状态参数。特别是随着机械自动化的加快，它在工业制造业中的应用越来越广泛。随着风电机组功率的增加，目前的主流是3MW以上的风电机组。为了提高风电的利用效率，风电机组的功率将继续增加，风电变频器将继续增加，以满足市场需求。同时，海上风电的兴起进一步促进了这一趋势。海上风电机组的功率将大于当前陆上风电机组的功率要求。随着变频器的逐步推广，故障发生的概率也逐渐增加。为了优化变频器的使用过程，必须研究变频器的故障诊断和相关维护，以提高其使用的有效性和稳定性[2]。

1.3中国变频器市场现状

据统计，2020年，我国变频器市场规模达到495亿元，同比增长4.7%。后疫情时代，我国及时实现了经济复苏和制造业出口复苏，也促进了变频器市场的发展。此外，风电等新能源政策的持续支持，对促进风电变频器的发展起到了很好的作用。目前，风电市场的高压变频器主要由国内厂商何旺主导，ABB、CONVERTEAM等国外厂商占据。相关研发工作不断开展，目前已有大量应用阶段。此外，汾西重工自主研发的5.6MW?近日，风电变频器联调试测试成功，成功输出达到5.6MW，并在全功率下连续运行数小时，各项运行参数良好，标志着我国5MW变频器研发项目成功的第一步。

1.4故障诊断技术

机械设备和电子设备在生产和使用过程中不可避免地出现故障。此时，应根据现场使用环境和内部运行情况进行故障诊断和分析，然后对设备进行修复，恢复正常的生产过程。故障诊断技术是通过现场设备运行的异常情况或定期检测过程，实现故障问题的发现和解决，确保整个生产活动的有序进行。故障诊断技术的发展是近几十年电气时代的发展，在一些大型智能集成设备系统中得到了广泛的应用。目前，对变频器的故障诊断技术也进行了深入研究，因为变频器作为动力设备的重要调速元件，一旦发生故障，现场相关的自动控制过程可能会失效，可能导致安全生产事故，给企业和社会带来不利的经济和人员损失。因此，必须充分结合当前先进的信息采集和处理技术，采集和诊断变频器故障数据，确保生产过程的稳定性和安全[3]。

2.风力发电机中变频器故障原因及故障分类

2.1风力发电机变频器故障原因

风力发电机组往往处于恶劣的自然环境中，如高海拔寒冷地区、昼夜温差大，变频器在风力发电机组内部结构中往往处于高温、外部电磁干扰、剧烈振动等环境中。这些外部条件会导致变频器性能下降，随着时间的积累，导致变频器故障。从风力发电机组的运行参数来看，当变频器的运行负荷突然升高或降低时，会增加整个中间电流的波动，在短时间内积累大量能量，超过整个系统直路所能承载的最大电流，导致故障，影响电容器、逆变器等设备的使用寿命。同时，负荷分配不均匀、输出短路等原因引起的过载过流和短路过流。由于逆变器件过载能力差，诊断变频器过流故障非常重要。当输入电源缺相时，整流电路故障会导致欠压故障。所有这些原因都会导致变频器故障。

2.2风力发电机变频器故障分类分类

（1）根据故障发生时间划分

根据故障发生的时间，可分为三种故障。第一个故障是老化故障，这是最常见的，即变频器长时间连续工作时，内部部件会老化清洗。第二种是临时突然故障，在使用过程中突然发生状态变化，导致变频器功能瞬时失效。第三种是周期性间歇故障，即系统在一定时间或生产过程中出现周期性故障。

（2）根据故障部位划分

根据变频器故障的具体未来，也可分为三种故障类型。第一种是输入项的负载故障。由于输入负载过大，风力发电机运行功率增大，电机过热，然后变频器故障。二是开关电源故障，即变频器电源频繁开关状态后，可能出现瞬时启动故障，也可能导致整个变频器结构的系统故障。三是变频器内部故障。由于内部部件结构的问题，变频器的使用控制失败，主要可能是内部电源控制问题、DC控制和逆变器故障。

2.3风力发电机变频器故障测试方法

2.3.1静态测试

(1)测试整流电路

找到变频器内直流电源的P端和N端，将万用表调到电阻X10档，红表棒接到P，黑表棒接到R、S、T，应该有几十欧元左右的阻值，并且基本平衡。相反，黑表棒接到P端，红表棒接到R端、S、T，有一个接近无限电阻的值。将红表棒连接到N端，重复上述步骤，并得到相同的结果。如果有以下结果，可以确定电路异常，如果电阻值三相不平衡，则可以解释整流桥的故障。如果红表棒连接到P端，则电阻无限大，则可确定整流桥故障或启动电阻故障。

(2)测试逆变电路

将红表棒连接到P端，将黑表棒连接到U端、V、W上应该有几十欧元的阻值，每个相位的阻值基本相同，反之亦然。将黑色表棒连接到N端，重复上述步骤以获得相同的结果，否则可以确定逆变器模块的故障

2.3.2动态测试

静态试验结果正常后，可进行动态试验，即上电试验机。上电前后必须注意以下几点：上电前，确认输入电压是否错误。当380V电源接入220V变频器时，会出现炸机（炸电容器、压敏电阻、模块等）；检查变频器各接口连接是否正确，连接是否松动，异常连接有时可能导致变频器故障，严重爆炸，检测故障显示内容，初步确定故障和原因，检查参数是否异常，空载（无电机）启动变频器，测试U、V、W三相输出电压值。如有缺相和三相不平衡，模块或驱动板有故障；当输出电压正常（无缺相和三相平衡）时，进行负载测试。测试时，最好进行全负载测试[4]。