Sistema de Solució per a la Conversió d'Energia Eòlica

Els mètodes de control de la generació d'energia eòlica han evolucionat des del control de parada constant amb velocitat fixa fins al control de velocitat variable i pitch variable complet. Actualment, el sistema de conversor doblement alimentat amb control de velocitat variable i freqüència constant s'utilitza ampliament en el mercat de la generació eòlica.

Principi de funcionament

El rotor es excita mitjançant dos convertidors VSC connectats en cascada amb PWM. Aquesta disposició es coneix com a convertidor del costat del generador i convertidor del costat de la xarxa, respectivament. Els convertidors doblement PWM suministren corrent d'excitació a l'enrotllament del rotor per realitzar la màxima captació d'energia eòlica i l'ajust de la potència reactiva estàtica. Quan la turbina opera a una velocitat sub-sincrònica, la potència es transmet al rotor i el convertidor del costat de la xarxa funciona com un rectificador, mentre que el convertidor del costat del rotor funciona com un inversor, proporcionant la corrent d'excitació a la turbina. Quan la turbina opera a una velocitat supra-sincrònica, tant el stator com el rotor poden alimentar energia a la xarxa. Si la turbina opera en estat sincrònic, el generador funciona com un motor síncron i el sistema de conversió proporciona excitació DC al rotor.

Els convertidors del costat de la xarxa i del costat del generador es controlen mitjançant dos unitats de control. L'unitat de control del costat de la xarxa s'utilitza per mantenir la estabilitat de la tensió de la barra DC i assegurar una forma d'ona de corrent d'entrada de alta qualitat i factor de potència unitari. L'unitat de control del costat del generador s'utilitza per controlar la component de torque de la corrent del rotor i les components d'excitació d'un motor doblement alimentat per ajustar-ne la potència activa i reactiva, i seguir l'ordre de potència activa i reactiva. Així, el motor doblement alimentat pot funcionar en la corba de potència òptima de la turbina eòlica per realitzar la màxima captació d'energia eòlica.

Configuració del sistema

• Disposició del quadro

El sistema de conversor doblement alimentat de Rockwill està dissenyat especialment per a turbinas eòliques doblement alimentades. Es compón d'un quadro d'interconnexió/control (1200mm*800mm*2200mm, classe de protecció IP54) i un quadro de mòduls de potència (1200mm*800mm*2200mm, classe de protecció IP23).

-- El sistema d'interconnexió/control està dividit en dos quadres aïllats, que són el quadre de control i el quadre d'interconnexió. El quadre de control està compost per un controlador, UPS, interruptors de circuit baixa tensió, dispositius de protecció i terminals de connexió, etc. El quadre d'interconnexió incorpora un transformador de distribució, un interruptor principal, un contactor d'interconnexió, un contactor del costat de la xarxa, un fusible principal i un resistor de precàrrega, etc.

-- El quadre de mòduls de potència és la part principal per a realitzar la conversió de corrent. A més, hi ha tres unitats de potència als costats de la xarxa i del generador. Cada una integra IGBT, placa de conducció, radiador, capacitor DC, capacitat d'absorció, resistor de mesura de temperatura, etc. El quadre de mòduls de potència també inclou busbar estratificat, reactor del costat de la xarxa, reactor del costat del pont, reactor del costat del generador, resistor i capacitor de filtratge del costat de la xarxa i del generador, ventiladors grans i petits, i un calentador, etc.

• Part principal

La part principal del sistema de conversió es compón de mòduls de potència, sistema de filtratge, sistema de control de temperatura, sistema de precàrrega, unitat LVRT (Low Voltage Ride Through) i sistema de distribució, etc.

-- El mòdul de potència està compost per IGBT i els seus accessoris de conducció, protecció i dissipació de calor. En un sistema de conversió, inclou sis grups de mòduls de potència, que estan connectats mitjançant un busbar DC estratificat.

-- El sistema de filtratge consta de filtre LCL del costat de la xarxa i filtre du/dt del costat del generador. El filtre LCL del costat de la xarxa pot filtrar eficientment harmoniques d'alta freqüència des del convertidor a la xarxa. El filtre du/dt, juntament amb el reactor de sofocament del costat del generador, pot suprimir el píxel de tensió i la tensió transitòria ràpida dels components d'aïllament del rotor.

-- El sistema de control de temperatura ajusta la temperatura interior del quadro dins d'un rang normal mitjançant calefacció i refrigeració, la calefacció es realitza mitjançant el calentador interior del quadro i la refrigeració es realitza mitjançant el sistema de refrigeració per ventilador.

-- El sistema de precàrrega s'utilitza per elevar la tensió DC del capacitor DC a una amplitud determinada abans de l'inici del convertidor. Així, es pot reduir l'impuls de corrent durant l'inici del convertidor.

-- La unitat LVRT pot protegir els dispositius semiconductors de potència del costat del generador en cas de fallida operativa, fallida de línia o sobretensió del rotor. I mitjançant la unitat LVRT, el sistema de conversió pot suministrar corrent a la xarxa fins i tot en cas de fallida de la xarxa, així assolint el pas a través de baixa tensió.

-- El sistema de distribució de potència proporciona alimentació ininterrupta per a cada dispositiu actiu del convertidor.

• Sistema de control i protecció

El sistema de control i protecció és el cervell del sistema de conversió doblement alimentat, i influeix significativament en el rendiment del convertidor. El sistema de control i protecció realitza les següents funcions principals:

-- Funcions de control: control del costat de la xarxa, control del costat del generador i control LVRT.

-- Funcions de protecció: protecció contra sobrecorrent de la banda de la xarxa i del generador, protecció contra baixa tensió i sobretensió de la banda de la xarxa i del generador, protecció contra sobrecorrent de seqüència negativa de la banda de la xarxa i del generador, protecció contra baixa tensió i sobretensió de la barra DC, protecció contra sobretensió de la banda de la xarxa i del generador, protecció contra excessos de velocitat del generador.

Característiques

• Capacitats de resposta ràpida i alta precisió de control;

• Funció completa de registre de falles conforme al format IEEE COMTRADE;

• Sistema de protecció integrat altament fiable i flexible;

• Estratègia de control d'interconnexió basada en la posició autòmata del rotor que pot realitzar la sincronització "zero" de la xarxa;

• Codificador fotoelèctric, que adopta el mode de reinici de programari, pot millorar la precisió i fiabilitat de l'adquisició de la velocitat de rotació del motor;

• Estratègies de control de passatge a través de baixa i alta tensió s'utilitzen per garantir la capacitat de passatge a través de falles del convertidor;

• S'adopten estratègies de supressió d'harmoniques i compensació de zona morta per assegurar eficacment la qualitat de la potència entregada pel convertidor a la xarxa;

• Compatible amb diverses interfícies de comunicació de bus de camp industrial, com CANopen i Profibus;

• Mòduls de pont de convertidor IGBT idèntics connectats en paral·lel, i la instal·lació i extirpació de cada mòdul de potència es fa convenient;

• Un sistema de filtratge elaborat i una estratègia de restricció d'harmoniques asseguren la qualitat superior de la potència entregada a la xarxa;

• Aquest producte pot resistir temperatures altes/baixes i humitat elevada. Totes les plaques de circuit estan equipades amb revestiment anticorrosió i tots els quadres tenen una classe de protecció molt alta.