Windenergie-Umrichtersystem-Lösung

Die Steuerung der Windenergieerzeugung hat sich von einfachen, konstanten Drehzahl- und Staukontrollen zu vollständig variablen Drehzahl- und Staukontrollen entwickelt. Derzeit wird das System mit doppelt gespeisten Umrichtern und variabler Drehzahl sowie konstanter Frequenz in der Windenergiemarkt weit verbreitet eingesetzt.

Funktionsprinzip

Der Rotor wird durch zwei rückwärts geschaltete VSC-Umrichter mit PWM angeregt. Diese Anordnung wird als Generatorseitenumrichter und Netzeitenumrichter bezeichnet. Die doppelt PWM-gesteuerten Umrichter liefern Anregungsstrom zur Rotorewicklung, um die maximale Windenergieeinspeisung und die Einstellung der statischen Blindleistung zu realisieren. Wenn die Turbine bei einer sub-synchronen Drehzahl arbeitet, wird Energie in den Rotor eingespeist und der Netzseiteumrichter arbeitet als Gleichrichter, während der Rotorseitenumrichter als Inverter arbeitet und den Anregungsstrom für die Turbine bereitstellt. Bei super-synchroner Drehzahl können sowohl der Stator als auch der Rotor Energie ins Netz einspeisen. Wenn die Turbine im synchronen Zustand arbeitet, arbeitet der Generator als Synchronmotor und das Umrichtersystem liefert Gleichstromanregung für den Rotor.

Der Netzseiteumrichter und der Generatorseitenumrichter werden von zwei Steuergeräten gesteuert. Das Netzsteuergerät dient dazu, die Spannungsstabilität des Gleichstrombusses aufrechtzuerhalten und eine hohe Qualität der Eingangsstromform und einen Einheitsleistungsfaktor zu gewährleisten. Das Generatorsteuergerät steuert den Rotorstromdrehmoment und die Anregungskomponenten eines doppelt gespeisten Motors, um dessen Wirk- und Blindleistungsausgabe zu regeln und die Wirk- und Blindleistungsbefehle nachzuvollziehen. So kann der doppelt gespeiste Motor auf der optimalen Leistungskurve der Windturbine laufen, um die maximale Windenergieeinspeisung zu realisieren.

Systemkonfiguration

• Schrankanordnung

Das Rockwill-Doppelspeisenumrichtersystem ist speziell für doppelt gespeiste Windkraftanlagen entwickelt. Es besteht aus einem Netzanschluss-/Steuerungsschrank (1200mm*800mm*2200mm, Schutzklasse IP54) und einem Leistungsmodulschrank (1200mm*800mm*2200mm, Schutzklasse IP23).

-- Das Netzanschluss-/Steuerungssystem ist in zwei getrennte Schränke unterteilt, nämlich den Steuerungsschrank und den Netzanschluss-Schrank. Der Steuerungsschrank besteht aus dem Steuergerät, UPS, Niederspannungs-Sicherungen, Schutzeinrichtungen und Verdrahtungsterminals usw. Der Netzanschluss-Schrank enthält einen Verteilungstransformer, Hauptkreisschalter, Netzanschluss-Kontaktor, Netzseite-Kontaktor, Hauptsicherung und Vorbelastungswiderstand usw.

-- Der Leistungsmodulschrank ist der Hauptteil für die Stromumwandlung. Darüber hinaus gibt es drei Leistungseinheiten sowohl auf der Netz- als auch auf der Generatoreseite. Jede integriert IGBT, Treiberplatine, Kühlkörper, Gleichstromkondensator, Absorptionkapazität, Temperaturmesswiderstand usw. Der Leistungsmodulschrank enthält auch Laminatbusleiter, Netzseite-Reaktor, Brückenarmseite-Reaktor, Generatoreseite-Reaktor, Netz- und Generatoreseite-Filterwiderstand und -kondensator, große und kleine Ventilatoren, Heizung usw.

• Hauptteil

Der Hauptteil des Umrichtersystems besteht aus Leistungsmodule, Filterungssystem, Temperatursteuerungssystem, Vorbelastungssystem, LVRT-Einheit (Low Voltage Ride Through) und Verteilungssystem usw.

-- Das Leistungsmodul besteht aus IGBT und seinen Antriebs-, Schutz- und Kühlzubehör. In einem Umrichtersystem sind sechs Gruppen von Leistungsmodulen über den Laminat-Gleichstrombus verbunden.

-- Das Filterungssystem besteht aus Netzseite-LCL-Filter und Generatoreseite-du/dt-Filter. Der Netzseite-LCL-Filter kann Hochfrequenzharmonische vom Umrichter zum Netz effektiv filtern. Der du/dt-Filter, zusammen mit dem Choke-Reaktor auf der Generatoreseite, kann die Spannungsp Spitzen und schnelle Transienten an den Rotorisolationskomponenten unterdrücken.

-- Das Temperatursteuerungssystem regelt die Temperatur innerhalb des Schranks in den normalen Bereich durch Heizen und Kühlen. Das Heizen erfolgt durch die Heizung innerhalb des Schranks und das Kühlen durch das Lüftungssystem.

-- Das Vorbelastungssystem wird verwendet, um die Gleichspannung des Gleichstromkondensators vor dem Start des Umrichters auf eine bestimmte Amplitude zu erhöhen. Dadurch kann der Stromstoß beim Start des Umrichters reduziert werden.

-- Die LVRT-Einheit schützt die Leistungshalbleiterbauteile auf der Generatoreseite bei Betriebsfehlern, Leitungsfehlern oder Überspannung am Rotor. Durch die LVRT-Einheit kann das Umrichtersystem auch bei Netzfehlern Strom ins Netz einspeisen und so eine niedrige Spannung überbrücken.

-- Das Energieverteilungssystem bietet stromunterbrechungsfreie Energieversorgung für jedes aktive Gerät des Umrichters.

• Steuer- und Schutzsystem

Das Steuer- und Schutzsystem ist das Gehirn des doppelt gespeisten Umrichtersystems und beeinflusst erheblich die Leistung des Umrichters. Das Steuer- und Schutzsystem erfüllt hauptsächlich folgende Funktionen:

-- Steuerfunktionen: Netzseite-Steuerung, Generatoreseite-Steuerung und LVRT-Steuerung.

-- Schutzfunktionen: Überstromschutz des Netz- und Generatoreseitenumrichters, Unter- und Überspannungsschutz des Netz- und Generatoreseitenumrichters, negativer Sequenz-Überstromschutz des Netz- und Generatoreseitenumrichters, Unter- und Überspannungsschutz des Gleichstrombusses, Übertemperaturschutz des Netz- und Generatoreseitenumrichters, Überdrehschutz des Generators.

Merkmale

• Schnelle Reaktionsfähigkeit und hohe Steuerungsgenauigkeit;

• Vollständige Fehlerspeicherfunktion gemäß IEEE COMTRADE-Format;

• Hochgradig zuverlässiges und flexibles integriertes Schutzsystem;

• Netzanschlusssteuerstrategie basierend auf der selbstadaptiven Positionierung des Rotors, die eine „null“-Impulsnetzsynchronisation ermöglicht;

• Lichtelektronischer Encoder, der ein Software-Rücksetzmodus verwendet, verbessert die Genauigkeit und Zuverlässigkeit der Motordrehzahlerfassung;

• Hoch- und Niederspannungsüberbrückungssteuerstrategien werden verwendet, um die Fehlersicherheit des Umrichters zu gewährleisten;

• Harmonische Unterdrückungssteuerstrategie und Totbereichskompensation werden verwendet, um die Qualität der von dem Umrichter ins Netz gelieferten Energie effektiv zu gewährleisten;

• Kompatibel mit verschiedenen industriellen Feldbus-Kommunikationsschnittstellen wie CANopen und Profibus;

• Identische IGBT-Umrichterbrückenmodule sind parallelgeschaltet, und die Montage und Demontage jedes Leistungsmoduls ist bequem;

• Sorgfältig entworfenes Filtersystem und harmonische Restriktionssteuerstrategie gewährleisten die herausragende Qualität der an das Netz gelieferten Energie;

• Dieses Produkt kann hohe und niedrige Temperaturen sowie hohe Luftfeuchtigkeit aushalten. Alle Schaltplatten sind mit korrosionsschutzbeschichteten und alle Schränke haben eine sehr hohe Schutzklasse.