سیستم تبدیل انرژی بادی

روش‌های کنترل تولید برق از طریق باد از کنترل ساده با زاویه ثابت به کنترل متغیر زاویه پره و سرعت متغیر تکامل یافته است. در حال حاضر، سیستم تبدیل دوگانه با کنترل سرعت متغیر و فرکانس ثابت در بازار تولید برق از طریق باد به طور گسترده مورد استفاده قرار می‌گیرد.

اصل عملکرد

راکتور با دو تبدیل‌کننده VSC متصل شده به صورت پشت سر هم با PWM تحریک می‌شود. این ترتیب به ترتیب به عنوان تبدیل‌کننده سمت ژنراتور و تبدیل‌کننده سمت شبکه شناخته می‌شود. تبدیل‌کننده‌های PWM دوگانه جریان تحریک را به سیم‌پیچ راتور تأمین می‌کنند تا بتوانند بیشترین جذب انرژی باد و تنظیم خروجی توان راکتیو را محقق کنند. وقتی توربین در سرعت زیر-همگام کار می‌کند، انرژی به راتور تزریق می‌شود و تبدیل‌کننده سمت شبکه به عنوان یک مستقیم‌کننده عمل می‌کند در حالی که تبدیل‌کننده سمت راتور به عنوان یک معکوس‌کننده عمل می‌کند و جریان تحریک را به توربین تأمین می‌کند. وقتی توربین در سرعت بالاتر از همگام کار می‌کند، هم سمت استاتور و هم سمت راتور می‌توانند انرژی را به شبکه منتقل کنند. اگر توربین در وضعیت همگام کار کند، ژنراتور به عنوان یک موتور همگام عمل می‌کند و سیستم تبدیل‌کننده جریان تحریک DC را به راتور تأمین می‌کند.

تبدیل‌کننده سمت شبکه و تبدیل‌کننده سمت ژنراتور توسط دو واحد کنترلی کنترل می‌شوند. واحد کنترل سمت شبکه برای حفظ پایداری ولتاژ باربر DC و تضمین کیفیت بالای موج جریان و عامل توان واحد استفاده می‌شود. واحد کنترل سمت ژنراتور برای کنترل جریان راتور و مولفه‌های تحریک یک موتور دوگانه تغذیه شده برای تنظیم خروجی توان فعال و راکتیو و تعقیب دستور توان فعال و راکتیو استفاده می‌شود. به طوری که موتور دوگانه تغذیه شده بتواند روی منحنی توان بهینه توربین بادی کار کند تا بیشترین جذب انرژی باد را محقق کند.

ساختار سیستم

• ترتیب کابین‌ها

سیستم تبدیل‌کننده دوگانه Rockwill به طور خاص برای توربین‌های بادی دوگانه طراحی شده است. این سیستم شامل کابین اتصال/کنترل (1200mm*800mm*2200mm، کلاس محافظت IP54) و کابین ماژول توان (1200mm*800mm*2200mm، کلاس محافظت IP23) است.

-- سیستم اتصال/کنترل به دو کابین جداگانه تقسیم شده است که شامل کابین کنترل و کابین اتصال شبکه است. کابین کنترل از کنترل‌کننده، UPS، قطع‌کننده‌های مدار کم ولتاژ، دستگاه‌های محافظت و انتهای‌های سیم‌کشی تشکیل شده است. کابین اتصال شبکه شامل ترانسفورماتور توزیع، قطع‌کننده اصلی، تماس‌گیر اتصال شبکه، تماس‌گیر سمت شبکه، اصلی سیم‌کشی، و مقاومت پیش‌شارژ و غیره است.

-- کابین ماژول توان بخش اصلی برای انجام تبدیل جریان است. علاوه بر این، در هر دو سمت شبکه و ژنراتور سه واحد توان وجود دارد. هر واحد شامل IGBT، کارت راننده، رادیاتور، کندانسور DC، ظرفیت جذب،مقاومت اندازه‌گیری دما و غیره است. کابین ماژول توان همچنین شامل سیم‌کشی لایه‌ای، راکتور سمت شبکه،راکتور سمت پل، راکتور سمت ژنراتور، مقاومت و کندانسور فیلتر سمت شبکه و ژنراتور، موتورهای بزرگ و کوچک، گرم‌کن و غیره است.

• بخش اصلی

بخش اصلی سیستم تبدیل‌کننده شامل ماژول‌های توان، سیستم فیلترینگ، سیستم کنترل دما، سیستم پیش‌شارژ، واحد LVRT (Low Voltage Ride Through) و سیستم توزیع و غیره است.

-- ماژول توان از IGBT و دستگاه‌های راننده، محافظت و تخلیه حرارتی آن تشکیل شده است. در یک سیستم تبدیل‌کننده، شامل شش گروه ماژول توان است که با استفاده از سیم‌کشی DC لایه‌ای به هم متصل می‌شوند.

-- سیستم فیلترینگ شامل فیلتر LCL سمت شبکه و فیلتر du/dt سمت ژنراتور است. فیلتر LCL سمت شبکه می‌تواندبه طور مؤثر هارمونیک‌های فرکانس بالا را از تبدیل‌کننده به شبکه فیلتر کند. فیلتر du/dt با راکتور سمت ژنراتور می‌تواندپیک ولتاژ و ولتاژ گذرا سریع را در مولفه‌های عایق راتور کاهش دهد.

-- سیستم کنترل دما دمای داخل کابین را در محدوده نرمال تنظیم می‌کند. گرم‌کن داخل کابین و سیستم خنک‌کننده موتور برای گرم و خنک کردن استفاده می‌شود.

-- سیستم پیش‌شارژ برای بالا بردن ولتاژ DC کندانسور DC به یک دامنه مشخص قبل از شروع تبدیل‌کننده استفاده می‌شود. بنابراین، می‌تواند ضربه جریان در هنگام شروع تبدیل‌کننده را کاهش دهد.

-- واحد LVRT می‌تواند دستگاه‌های نیمه‌رسانا سمت ژنراتور را در صورت خطای عملکرد، خطای خط یا ولتاژ بالای راتور محافظت کند. و از طریق واحد LVRT، سیستم تبدیل‌کننده حتی در صورت خطای شبکه نیز می‌تواند جریان به شبکه تأمین کند، بدین ترتیب Low Voltage Ride Through را محقق می‌کند.

-- سیستم توزیع توان تامین بی‌وقفه انرژی برای هر دستگاه فعال تبدیل‌کننده را فراهم می‌کند.

• سیستم کنترل و محافظت

سیستم کنترل و محافظت مغز سیستم تبدیل‌کننده دوگانه است و به طور قابل توجهی بر عملکرد تبدیل‌کننده تأثیر می‌گذارد. سیستم کنترل و محافظت عموماً وظایف زیر را انجام می‌دهد:

-- وظایف کنترل: کنترل سمت شبکه، کنترل سمت ژنراتور و کنترل LVRT.

-- وظایف محافظت: محافظت از جریان بیش از حد سمت شبکه و ژنراتور، محافظت از ولتاژ کم و زیاد سمت شبکه و ژنراتور، محافظت از جریان منفی بیش از حد سمت شبکه و ژنراتور، محافظت از ولتاژ کم و زیاد باربر DC، محافظت از دما بیش از حد سمت شبکه و ژنراتور، محافظت از سرعت بیش از حد ژنراتور.

ویژگی‌ها

• توانایی پاسخ سریع و دقت کنترل بالا؛

• تابعیت ضبط کامل خطا مطابق با فرمت IEEE COMTRADE؛

• سیستم محافظت یکپارچه بسیار قابل اعتماد و انعطاف‌پذیر؛

• استراتژی کنترل اتصال شبکه مبتنی بر موقعیت‌یابی خودکار راتور که می‌تواند همگام‌سازی شبکه بدون ضربه "صفر" را محقق کند؛

• رمزگذار نوری-الکتریکی که از حالت بازنشانی نرم‌افزاری استفاده می‌کند، می‌تواند دقت و قابلیت اطمینان دریافت سرعت چرخش موتور را افزایش دهد؛

• استراتژی‌های کنترل عبور از ولتاژ بالا و پایین برای تضمین توانایی عبور از خطا در تبدیل‌کننده استفاده می‌شود؛

• استراتژی کنترل سرکوب هارمونیک و جبران محدوده مرده برای تضمین کیفیت توان تحویل داده شده از تبدیل‌کننده به شبکه استفاده می‌شود؛

• سازگاری با رابط‌های ارتباطی میدان صنعتی مختلف، مانند CANopen و Profibus؛

• ماژول‌های پل تبدیل‌کننده IGBT یکسان به صورت موازی متصل شده‌اند و نصب و خلع هر ماژول توان به راحتی انجام می‌شود؛

• سیستم فیلترینگ دقیقاً طراحی شده و استراتژی کنترل سرکوب هارمونیک برای تضمین کیفیت عالی توان تحویل داده شده به شبکه استفاده می‌شود؛

• این محصول می‌تواند دمای بالا و پایین و رطوبت بالا را تحمل کند. تمام برد‌های مداری با پوشش ضدآبی و تمام کابین‌ها دارای کلاس محافظت بسیار بالا هستند.