Tuulivoiman muuntajajärjestelmän ratkaisu

Tuulivoiman tuotannon ohjausmenetelmät ovat kehittyneet yksinkertaisesta vakioasennuksen sivuutusohjauksesta täysin muuttuvan asennuksen ja nopeuden ohjaamiseen. Nykyään kaksipuolinen syöttömuunninjärjestelmä, joka käyttää muuttuvaa nopeutta ja vakiofrekvenssiä, on laajasti käytössä tuulivoiman markkinoilla.

Toimintaperiaate

Rotaari on varustettu kahdella takaisinpäin kytketyllä VSC-muunninlaite PWM-ohjauksella. Tämä kokoonpano kutsutaan vastaavasti generaattorisivun muunnimeksi ja verkkosivun muunnimeksi. Kaksipuoliset PWM-muunnimet tarjoavat rotaarin kiertokulman virran, jotta voidaan saavuttaa maksimaalinen tuulen energian kaappaus ja staattisen reaktiivisen tehon säätö. Kun tuulivoimala toimii alakronisessa nopeudessa, energia syötetään rotaariin, verkkosivun muunnin toimii suodattimenä ja rotaarisivun muunnin toimii inversiorina, tarjoten virran tuulivoimalalle. Kun tuulivoimala toimii ylikronisessä nopeudessa, statorissa ja rotaarissa voidaan syöttää energia verkkoon. Jos tuulivoimala toimii synkronisesti, generaattori toimii synkronikoneena, ja muunninjärjestelmä tarjoaa DC-virran rotaariin.

Verkkosivun muunnin ja generaattorisivun muunnin ohjataan kahdella ohjausyksiköllä. Verkkosivun ohjausyksikköä käytetään pitämään DC-bussivarauksen jännite vakiona ja varmistamaan korkealaatuinen syöttövirta ja yksikköteho. Generaattorisivun ohjausyksikköä käytetään ohjaamaan rotaarin virta ja torkijakomponentit kaksipuolisessa fed-moottorissa, jotta voidaan säätää sen aktiivista ja reaktiivista tehon tuotantoa, ja seuraamaan aktiivista ja reaktiivista tehdon määrää. Näin kaksipuolinen fed-moottori voi toimia tuulivoimalan optimaalisella tehdon käyrällä, jotta voidaan saavuttaa maksimaalinen tuulen energian kaappaus.

Järjestelmän konfigurointi

• Kaapelin asettelu

Rockwillin kaksipuolinen syöttömuunninjärjestelmä on erityisesti suunniteltu kaksipuolisille tuulivoimaloille. Se koostuu verkon yhdistämiskonttorista (1200mm*800mm*2200mm, suojausluokka IP54) ja tehotietokonttorista (1200mm*800mm*2200mm, suojausluokka IP23).

-- Verkon yhdistämiskonttoria ja ohjauskonttoria on jaoteltu kahteen erilliselle konttorille, jotka ovat ohjauskontturi ja verkon yhdistämiskontturi. Ohjauskontturi koostuu ohjaimesta, UPS:stä, pienjännitevälysulkemistosta, suojalaitteista ja johtopisteistä. Verkon yhdistämiskonttori sisältää jakaja-transformatorin, päävälysulkeman, verkon yhdistämiskontaktorin, verkosivun kontaktorin, pääsäieen ja esilatausresistorin.

-- Tehotietokonttori on pääosa, jossa tapahtuu virran muuntaminen. Lisäksi verkon ja generaattorisivulla on kolme tehotietoyksikköä. Jokainen sisältää IGBT:n, ajastuslautan, jäähdytin, DC-kondensaattorin, absorboinnin kapasiteetin, lämpömittaresistorin jne. Tehotietokonttori sisältää myös pinnoitetun busbarin, verkon sivun induktiivisen komponentin, silmukkasivun induktiivisen komponentin, generaattorisivun induktiivisen komponentin, verkon sivun ja generaattorisivun suodatusresistorin ja -kondensaattorin, sekä suuret ja pienet tuuletin, lämpöpumppu jne.

• Pääosa

Muunninjärjestelmän pääosa koostuu tehotietoyksiköistä, suodatusjärjestelmästä, lämpötilanhallintajärjestelmästä, esilatausjärjestelmästä, LVRT (Low Voltage Ride Through) -yksiköstä ja jakelujärjestelmästä jne.

-- Tehotietoyksikkö koostuu IGBT:stä ja sen ajastuksesta, suojauksesta, lämpötilanhallinnasta. Yhdessä muunninjärjestelmässä on kuusi tehotietoyksikköä, jotka yhdistetään pinnoitetulla DC-bussilla.

-- Suodatusjärjestelmä koostuu verkon sivun LCL-suodattimesta ja generaattorisivun du/dt-suodattimesta. Verkon sivun LCL-suodatin voi tehokkaasti suodattaa korkean taajuuden harmonioita muunnimesta verkkoon. Du/dt-suodatin, yhdessä generaattorisivun rajoittimakomponeentin kanssa, voi hillitä rotaarin eristyskomponenttien jännitehuippuja ja nopeita väliaikaisten jännitteiden vaihteluja.

-- Lämpötilanhallintajärjestelmä säädellään kaapelin sisäistä lämpötilaa normaalirajoihin lämmittämällä ja jäädyttämällä, lämmitys suoritetaan kaapelin sisällä olevalla lämpöpumppulla ja jäädytys tuuletinsuojauksella.

-- Esilatausjärjestelmä käytetään nostamaan DC-kondensaattorin jännitettä tietylle tasolle ennen muunnin käynnistystä. Näin voidaan vähentää muunnin käynnistyksen aikana aiheutuvaa virtasuuta.

-- LVRT-yksikkö suojaa generaattorisivun voimasemanttisiä komponentteja operaatioiden, linjan tai rotaarin ylikirjoituksen aikana. LVRT-yksikön avulla muunninjärjestelmä voi tarjota virtaa verkkoon myös verkon epäonnistuksen aikana, jolloin voidaan saavuttaa alijänniten läpäisy.

-- Tehonjakelujärjestelmä tarjoaa keskeytymättömän sähköntarjonnan jokaiselle muunnin aktiiviselle laitteelle.

• Ohjaus- ja suojajärjestelmä

Ohjaus- ja suojajärjestelmä on kaksipuolisen syöttömuunninjärjestelmän aivot, se vaikuttaa merkittävästi muunnin suorituskykyyn. Ohjaus- ja suojajärjestelmä suorittaa pääasiassa seuraavat toiminnot:

-- Ohjaustoiminnot: verkon sivun ohjaus, generaattorisivun ohjaus ja LVRT-ohjaus.

-- Suojatoiminnot: verkon sivun ja generaattorisivun muunnimen ylikirjoitus- ja alikirjoitussuojat, verkon sivun ja generaattorisivun muunnimen negatiivinen jonojen ylikirjoitussuojat, verkon sivun ja generaattorisivun muunnimen DC-bussin alikirjoitus- ja ylikirjoitussuojat, verkon sivun ja generaattorisivun muunnimen ylikuumenemissuojat, generaattorin ylipituisuussuojat.

Ominaisuudet

• Nopea vastauskyky ja korkea ohjaustarkkuus;

• Täydellinen vika-tallennusfunktio, joka noudattaa IEEE COMTRADE-muotoa;

• Erittäin luotettava ja joustava integroitu suojajärjestelmä;

• Verkon yhdistämiskonttori perustuu rotan itse sopeutuvaan paikantamiseen, mikä mahdollistaa "nollan" impulssin verkon synkronoinnin;

• Valokuitu-optinen kooder, joka käyttää ohjelmistolla toteutettua nollausmallia, parantaa moottorin pyörimisnopeuden havainnon tarkkuutta ja luotettavuutta;

• Korkean ja alhaisen jänniteen läpäisykontrollistrategiat käytetään varmistamaan muunnimen vika-läpäisykyky;

• Harmonisten komponenttien hillitsemisstrategia ja kuolemanvyöhykkeen korvausstrategia käytetään varmistamaan muunnimen antaman sähkön laatu verkkoon;

• Yhteensopiva eri teollisuusalan kenttäbusiliittymien kommunikaatiorajapinnoilla, kuten CANopen ja Profibus;

• Sama IGBT-muunnin silmukka yhdistetty rinnan, ja jokaisen tehotietoyksikön asentaminen ja poistaminen on helpottunut;

• Hienosti suunniteltu suodatusjärjestelmä ja harmonisten komponenttien hillitsemisstrategia varmistavat erinomaisen sähkön laadun verkkoon;

• Tämä tuote kestää korkeita/aloittelevia lämpötiloja ja korkeaa kosteutta. Kaikki piirilevyt on varustettu anti-corrosion-huoltoverhoa, ja kaikki konttorit ovat hyvin korkeaa suojausluokkaa.