Система за преобразуване на възобновяема енергия от вятър

Методите за управление на вятърната енергия са еволюирали от простото постоянство на ъгъла на наклона и контрол на засичането до пълно променяемо ъгъл на наклона и променяема скорост. В момента широко се използва система с двойно подхранване с преобразувател, която осигурява променлива скорост и постоянна честота, в пазара на вятърната енергия.

Принцип на работа

Роторът се подхранва от два свързани обратно преобразувателя с PWM. Това устройство се нарича съответно преобразувател от страна на генератора и преобразувател от страна на мрежата. Двата преобразувателя с PWM предоставят възбудителен ток към обмотката на ротора, за да осигурят максималното улавяне на вятърна енергия и регулиране на статичния реактивен мощностен изход. Когато турбината работи при подсинхронна скорост, мощността се подава в ротора и преобразувателят от страна на мрежата работи като выпрямител, докато преобразувателят от страна на ротора работи като инвертор, предоставящ възбудителен ток към турбината. Когато турбината работи при надсинхронна скорост, статорът и роторът могат да изпращат енергия към мрежата. Ако турбината работи в синхронно състояние, генераторът работи като синхронен двигател, а системата от преобразуватели предоставя DC възбудителен ток към ротора.

Преобразувателят от страна на мрежата и преобразувателят от страна на генератора се контролират от две контролни единици. Контролната единица от страна на мрежата се използва за поддържане на стабилността на напрежението на DC шината и осигуряване на висококачествена входна форма на тока и единичен фактор на мощност. Контролната единица от страна на генератора се използва за контрол на тока на ротора, моментната компонента и възбудителната компонента на двойно подхранвана машина, за да се регулира активната и реактивната мощност, и следи заповедите за активна и реактивна мощност. Така двойно подхранваната машина може да работи по оптималната крива на мощността на вятърната турбина, за да осигури максималното улавяне на вятърна енергия.

Конфигурация на системата

• Разположение на кабинетите

Системата на IEE-Business с двойно подхранване е специално проектирана за вятърни турбини с двойно подхранване. Състои се от кабинет за връзка с мрежата/контрол (1200мм*800мм*2200мм, степен на защита IP54) и кабинет за мощностните модули (1200мм*800мм*2200мм, степен на защита IP23).

-- Системата за връзка с мрежата/контрол е разделена на два изолирани кабинета, които са контролният кабинет и кабинета за връзка с мрежата. Контролният кабинет се състои от контролер, UPS, нисконапрастни предпазни устройства, защитни устройства и клеми за проводки и т.н. Кабинетът за връзка с мрежата включва разпределителен трансформатор, главен предпазен пръстен, контакт за връзка с мрежата, контакт от страна на мрежата, главен предпазен пръстен и резистор за предварително зареждане и т.н.

-- Кабинетът за мощностните модули е основната част за извършване на преобразуването на тока. Освен това има три мощностни единици от страна на мрежата и генератора. Всяка включва IGBT, плата за управление, радиатор, DC кондензатор, абсорбираща капацитет, резистор за измерване на температурата и т.н. Кабинетът за мощностните модули включва също ламинирана шина, реактор от страна на мрежата, реактор от страна на моста, реактор от страна на генератора, филтриращи резистори и кондензатори от страна на мрежата и генератора, големи и малки вентилатори, нагревател и т.н.

• Основна част

Основната част на системата от преобразуватели се състои от мощностни модули, филтрираща система, система за контрол на температурата, система за предварително зареждане, LVRT (Low Voltage Ride Through) единица и разпределителна система и т.н.

-- Мощностният модул се състои от IGBT и неговите аксесоари за управление, защита и охлаждане. В една система от преобразуватели, включва шест групи мощностни модули, свързани чрез ламинирана DC шина.

-- Филтриращата система се състои от LCL филтър от страна на мрежата и du/dt филтър от страна на генератора. LCL филтърът от страна на мрежата може ефективно да филтрира високочестотни хармоники от преобразувателя към мрежата. du/dt филтърът, заедно с задушаващия реактор от страна на генератора, може да ограничи върха на напрежението и бързите преходни напрежения на изолационните компоненти на ротора.

-- Системата за контрол на температурата регулира температурата в кабинета, така че да бъде в нормален диапазон, чрез нагреване и охлаждане, нагреването се извършва от нагревателя в кабинета, а охлаждането се извършва от вентилаторната система за охлаждане.

-- Системата за предварително зареждане се използва за повишаване на DC напрежението на DC кондензатора до определена амплитуда преди стартирането на преобразувателя. По този начин може да се намали импулса на тока при стартирането на преобразувателя.

-- LVRT единицата може да защити полевите транзистори от страна на генератора в случай на дефект в операцията, линейна авария или прекомерно напрежение на ротора. Чрез LVRT единицата, системата от преобразуватели може да подава ток към мрежата дори в случай на авария в мрежата, по този начин осигурявайки функционалност при ниско напрежение.

-- Системата за разпределение на мощността предоставя непрекъснато захранване за всеки активен елемент на преобразувателя.

• Система за управление и защита

Системата за управление и защита е мозъка на системата с двойно подхранване, значително влияе на производителността на преобразувателя. Системата за управление и защита изпълнява следните основни функции:

-- Функции за управление: управление от страна на мрежата, управление от страна на генератора и управление на LVRT.

-- Функции за защита: защита от прекомерен ток на преобразувателя от страна на мрежата и генератора, защита от ниско и високо напрежение на преобразувателя от страна на мрежата и генератора, защита от отрицателен последователен прекомерен ток на преобразувателя от страна на мрежата и генератора, защита от ниско и високо напрежение на DC шината, защита от прекомерна температура на преобразувателя от страна на мрежата и генератора, защита от прекомерна скорост на генератора.

Особености

• Бърза реакция и висока точност на управление;

• Пълна функция за запис на дефекти, съответстваща на формат IEEE COMTRADE;

• Високо надеждна и гъвкава интегрирана система за защита;

• Стратегия за управление на връзката с мрежата, основана на самонастройващо се позициониране на ротора, което позволява "нулево" импулсивно синхронизиране с мрежата;

• Фотоелектронен кодер, който използва софтуерен режим на нулиране, може да подобри точността и надеждността на измерването на скоростта на въртене на мотора;

• Стратегии за управление при високо и ниско напрежение се използват, за да гарантират способността на преобразувателя да извършва работа при дефекти;

• Стратегии за подаване на хармоники и компенсация на мъртва зона се използват, за да осигурят качеството на електроенергията, подавана от преобразувателя към мрежата;

• Компатибилна с различни индустриални интерфейси за полева шина, като CANopen и Profibus;

• Еднакви мостови модули на IGBT преобразуватели са свързани паралелно, и установяването и демонтирането на всеки мощностен модул е удобно;

• Интелигентно проектирана филтрираща система и стратегия за ограничаване на хармониките осигуряват отличното качество на електроенергията, подавана към мрежата;

• Този продукт може да издържа високи и ниски температури и висока влажност. Всички плати са оборудвани с антикорозионно покритие, а всички кабинети имат висока степен на защита.