甘肃省兰州市730000
摘要：随着社会的发展和进步，带动了我国各个领域的进步。目前，随着风力发电机组功率的增加，其结构的复杂性也随之提高，伴随着运行时间的增加，运行过程中产生的故障日益增多，迫切需要对机组运行过程产生的故障进行分析。基于此，该文提出了利用故障树分析方法，结合某型永磁直驱风力发电机组运行期间产生的故障事件数据建立故障树模型，并对模型进行定性和定量分析，得出了风机运行故障事件的关键重要度及相关部件系统的重要度，对提高风机运行的可靠性，提高风电场的运维准确性具有指导意义。 关键词：永磁直驱风力发电机组；故障树；关键重要度
引言
能源和环境是全球共同面临的重大问题，加快开发和利用可再生能源是解决人类能源紧缺和减少环境污染的必由之路。风是一种自然现象，由太阳辐射热引起，风能是太阳能的一种转换形式，是一种重要的能源。而风能的主要利用形式就是风力发电，将风能转化为机械能，
再转化成电能加以利用。直接驱动的永磁同步发电技术，省去了齿轮箱，由风轮机与发电机直接耦合，使系统结构简化，系统运行时噪声减小，可靠性提高；高性能永磁材料替代励磁绕组，不仅省去了换向用的滑环及电刷，大大提高磁通密度，提高电机转速的最佳值，还使电机体积显著减小，提高了功率质量比，由于没有励磁损耗，所以效率比电励磁发电机有较大的。
1直驱永磁风电机组结构
直驱永磁同步风力发电系统（D-PMSG）主要包括风速、桨距控制式风力机、永磁同步发电机(PMSG)、背靠背全功率变频器以及控制系统等5大部分，其基本结构如图1所示。其中背靠背全功率变频器系统又可以分为：发电机侧变频器、直流环节和电网侧变频器。因桨距控制式风力机和永磁同步发电机直接相联，所以叫直驱风电风力发电机。发电机的输出经发电机侧变频器整流后由电容支撑，再经电网侧变频器将能量送给电网。
图1直驱同步风力发电系统示意图
2大型永磁直驱风力发电机组故障分析方法
2.1固定结构
直驱式永磁体风力发电机的永磁体在转子上的安装方式，有插入式和表面式两种安装方式。插入式永磁体的安装相对于表面式安装式更容易。插入式永磁转子的转子轭部具有供永磁体插入的空隙。永磁体轴向插入到空隙中。转子的每个极具有两个永磁体槽用以放置两块/两组永磁体，横向一字型或者“V”字形。永磁体端部通常设置有空隙。每组永磁体由多个永磁体沿槽的长度方向叠放在一起，进一步降低成本。 永磁发电机表面安装式的转子永磁体固定结构的改进主要集中在以下方面：
压条/压块：通过压条将转子罩固定到转子轭。压条可以是双边的，固定相邻的转子罩，那么每个压条具有两个沟槽，沟槽对应与转子罩的冲压的钩形边缘，二者卡扣固定在一起，沟槽设置在用于紧固的螺栓的两侧。通过这种方式，每个压条执行两个不同转子罩的紧固。这种方式采用的压条成本较高，生产工艺复杂。为了降低成本，也可以将压条替换成
压块，同时也可以降低转子的总质量。
载体板配合：载体板的结构以及多个载体板的配合方式的不同对永磁体装配要求以及制造成本带来不同的影响。载体板采用两种互补的弧形拼块载体板，拼块两端具有连接部，连接部由一对相邻的互补台阶部通过螺栓连接在一起，每个弧形拼块通过在每个弧形拼块内形成燕尾槽来保持永磁体。这种互相配合的台阶部相比于传统的燕尾槽形制造成本更低。为了进一步降低装配难度，提出了一种载体板是由相同形状的弧形拼块载体板，在弧形拼块载体板的两端分别具有异形部，可以形成一个或多个台阶，多个弧形拼块载体板可通过两端台阶形的台阶部互相配合，异形部也可以采用T形槽、燕尾槽、斜面锯齿槽、曲面锯齿槽等对应的形状，只要是两端的异形部可以彼此形成配合。再使紧固件穿过其中一个弧形拼块载体板即可将其固定，大大降低了装配难度以及制造成本。
2.2模糊规则909mm
根据本文对系统MPPT控制效果的要求，当系统输出功率降低时，则对之前的扰动方向进行调整，反之，则应保持上一步的步长。当跟踪点距离系统最大功率点较远，应使用大步长加速前进，反之，应切换成较小步长减速前进。通过以上条件可以得出控制规则，为表3。
表3模糊规则表
2.3永磁直驱同步风电机组故障穿越能力分析
为准确分析直驱同步风电机组并网运行时的故障穿越能力，设风机稳定运行风速保持不变为12m/s。风机桨距角也保持恒定不变。风电场并网点在5s时刻发生单相接地故障，故障持续0.2s结束。直驱同步风电机组的动态行为曲线图3/4/5/6所示。
图3直驱同步风电机组输出有功曲线
耐热粘合剂
图4直驱同步风电机组输出无功曲线
图5直驱同步风电机组PWM直流电压
脱水拖把
图6直驱同步风电机组机端电压
由图3可以看出，直驱同步风电机组在额定风速下能够稳定运行，输出额定功率2MW,同时直驱机组的机端电压在额定电压附近，如图6所示。当5s时刻发生单相接地故障时，风机输出的电磁功率减小，同时机端电压下降到约0.6倍额定值。而图4则说明，在直驱风机稳定运行时，风机的输出无功功率为“0”，从而使得风电机组最大效率的发电，而故障时刻由于直驱同步风电机组网侧变流器控制策略的作用，使直驱同步机组在电压跌落严重时，发出无功功率增加，既保证风机机端电压不会严重跌落，又能为电网提供一定无功支撑。从上图5也可以看出，风机直流侧电压只是在故障发生时有较大波动，故障期间并没有升高很多，故障故障切除后，也能很快稳定在正常值。直驱同步机组的机端电压也可以较快恢复到额定电压附近，无功功率经过一段时间的波动也回到了0MV·A。
图7直驱同步风电机组转子转速
智能红绿灯控制系统图7是转子转速曲线，故障发生时刻，由于风机输出有功减小，使得风机转子加速，故障消失后，转子转速慢慢趋于平稳。
从上面图3可以看出，直驱同步机组在风电场并网点发生电压跌落时发出无功功率增加，使风机机端电压不会下降过多，从而实现风电机组在故障时不切机，继续并网运行。并且其发出的无功功率有利于电网故障的恢复。由此得出，当系统发生故障时，直驱同步机组不但能够承受短时的电压降落而不退出运行，而且能继续向系统输入无功功率以支撑系统电压，即具有低电压穿越功能。这种低电压穿越作为故障穿越能力的一种最突出功能，也是世界各国研究的热点。直驱同步机组的低电压穿越功能使同步机组比固定转速异步机组在系统故障时对系统的贡献更大，更有利于系统的安全稳定运行。
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