Système de Conversion d'Énergie Éolienne

Les méthodes de contrôle de la production d'énergie éolienne sont passées d'un simple contrôle de déphasage constant à un contrôle de déphasage et de vitesse variables complets. Actuellement, le système de convertisseur doublement alimenté avec contrôle de vitesse variable et de fréquence constante est largement utilisé sur le marché de l'énergie éolienne.

Principe de fonctionnement

Le rotor est excité par deux convertisseurs VSC connectés en opposition avec PWM. Cette configuration est respectivement appelée convertisseur côté générateur et convertisseur côté réseau. Les convertisseurs doublement PWM fournissent un courant d'excitation au bobinage du rotor afin de réaliser la capture maximale de l'énergie éolienne et l'ajustement de la puissance réactive statique. Lorsque l'éolienne fonctionne à une vitesse sous-synchrone, de l'énergie est alimentée dans le rotor et le convertisseur côté réseau fonctionne comme un redresseur tandis que le convertisseur côté rotor fonctionne comme un onduleur, fournissant le courant d'excitation à l'éolienne. Lorsque l'éolienne fonctionne à une vitesse supra-synchrone, le stator et le rotor peuvent tous deux alimenter l'énergie dans le réseau. Si l'éolienne fonctionne en état synchrone, le générateur fonctionne comme un moteur synchrone et le système de convertisseur fournit une excitation continue au rotor.

Le convertisseur côté réseau et le convertisseur côté générateur sont contrôlés par deux unités de contrôle. L'unité de contrôle côté réseau est utilisée pour maintenir la stabilité de la tension de la barre de collecteur continu et assurer une forme d'onde de courant d'entrée de haute qualité et un facteur de puissance unitaire. L'unité de contrôle côté générateur est utilisée pour contrôler le couple de courant du rotor et les composantes d'excitation d'un moteur doublement alimenté afin d'ajuster sa puissance active et réactive, et suit les ordres de puissance active et réactive. Ainsi, le moteur doublement alimenté peut fonctionner sur la courbe de puissance optimale de l'éolienne pour réaliser la capture maximale de l'énergie éolienne.

Configuration du système

• Disposition des armoires

Le système de convertisseur doublement alimenté Rockwill est spécialement conçu pour les éoliennes doublement alimentées. Il se compose d'une armoire de raccordement au réseau/contrôle (1200mm*800mm*2200mm, classe de protection IP54) et d'une armoire de module de puissance (1200mm*800mm*2200mm, classe de protection IP23).

-- Le système de raccordement au réseau/contrôle est divisé en deux armoires isolées, qui sont l'armoire de contrôle et l'armoire de raccordement au réseau. L'armoire de contrôle est composée d'un contrôleur, d'un UPS, de disjoncteurs basse tension, de dispositifs de protection et de bornes de câblage, etc. L'armoire de raccordement au réseau comprend un transformateur de distribution, un disjoncteur principal, un contacteur de raccordement au réseau, un contacteur côté réseau, un fusible principal et une résistance de précharge, etc.

-- L'armoire de module de puissance est la partie principale pour accomplir la conversion de courant. De plus, il y a trois unités de puissance à la fois côté réseau et côté générateur. Chacune intègre des IGBT, des cartes de pilotage, des radiateurs, des condensateurs DC, des capacités d'absorption, des résistances de mesure de température, etc. L'armoire de module de puissance comprend également une barre de collecteur stratifiée, un inducteur côté réseau, un inducteur côté bras, un inducteur côté générateur, des résistances et des condensateurs de filtrage côté réseau et côté générateur, des grands et petits ventilateurs, un chauffage, etc.

• Partie primaire

La partie primaire du système de convertisseur se compose de modules de puissance, d'un système de filtrage, d'un système de contrôle de température, d'un système de précharge, d'une unité de maintien de tension faible (LVRT) et d'un système de distribution, etc.

-- Le module de puissance est composé d'IGBT et de ses accessoires de pilotage, de protection et de dissipation thermique. Dans un système de convertisseur, il comprend six groupes de modules de puissance, qui sont connectés par une barre de collecteur continu stratifiée.

-- Le système de filtrage se compose d'un filtre LCL côté réseau et d'un filtre du/dt côté générateur. Le filtre LCL côté réseau peut efficacement filtrer les harmoniques de haute fréquence du convertisseur vers le réseau. Le filtre du/dt, associé à l'inducteur de choking côté générateur, peut supprimer le pic de tension et la tension transitoire rapide des composants d'isolation du rotor.

-- Le système de contrôle de température ajuste la température à l'intérieur de l'armoire pour qu'elle reste dans la plage normale par le chauffage et le refroidissement. Le chauffage est effectué par un chauffage à l'intérieur de l'armoire et le refroidissement est effectué par un système de refroidissement par ventilateur.

-- Le système de précharge est utilisé pour augmenter la tension continue du condensateur DC à une certaine amplitude avant le démarrage du convertisseur. Ainsi, il peut réduire l'impulsion de courant pendant le démarrage du convertisseur.

-- L'unité LVRT peut protéger les dispositifs semi-conducteurs côté générateur en cas de panne de fonctionnement, de panne de ligne ou de surtension du rotor. Et grâce à l'unité LVRT, le système de convertisseur peut fournir du courant au réseau même en cas de panne de réseau, permettant ainsi le maintien de tension faible.

-- Le système de distribution de puissance fournit une alimentation ininterrompue pour chaque dispositif actif du convertisseur.

• Système de contrôle et de protection

Le système de contrôle et de protection est le cerveau du système de convertisseur doublement alimenté, il influence considérablement les performances du convertisseur. Le système de contrôle et de protection effectue principalement les fonctions suivantes :

-- Fonctions de contrôle : contrôle côté réseau, contrôle côté générateur et contrôle LVRT.

-- Fonctions de protection : protection contre les surintensités côté réseau et côté générateur, protection contre les sous-tensions et surtensions côté réseau et côté générateur, protection contre les surintensités de séquence négative côté réseau et côté générateur, protection contre les sous-tensions et surtensions de la barre de collecteur continu, protection contre les surtempératures côté réseau et côté générateur, protection contre la survitesse du générateur.

Caractéristiques

• Capacités de réponse rapide et précision de contrôle élevée ;

• Fonction complète d'enregistrement des défauts conforme au format IEEE COMTRADE ;

• Système de protection intégré hautement fiable et flexible ;

• Stratégie de contrôle de raccordement au réseau basée sur le positionnement auto-adaptatif du rotor qui peut réaliser une synchronisation "zéro" d'impulsion avec le réseau ;

• Encodeur photo-électrique, qui adopte un mode de réinitialisation logicielle, peut améliorer la précision et la fiabilité de l'acquisition de la vitesse de rotation du moteur ;

• Des stratégies de contrôle de maintien de tension haute et basse sont utilisées pour garantir la capacité de franchissement des défauts du convertisseur ;

• Une stratégie de suppression des harmoniques et une stratégie de compensation de zone morte sont adoptées pour assurer efficacement la qualité de l'énergie livrée par le convertisseur au réseau ;

• Compatible avec diverses interfaces de communication de bus de terrain industriel, telles que CANopen et Profibus ;

• Des modules de pont de convertisseur IGBT identiques sont connectés en parallèle, et l'installation et le retrait de chaque module de puissance sont facilités ;

• Un système de filtrage soigneusement conçu et une stratégie de contrôle de restriction des harmoniques assurent la qualité supérieure de l'énergie livrée au réseau ;

• Ce produit peut supporter des températures hautes/basses et une forte humidité. Toutes les cartes de circuit sont équipées d'un revêtement anticorrosion et toutes les armoires ont une très haute classe de protection.