Sistema de conversión de enerxía eólica

Os métodos de control da xeración de enerxía eólica evolucionaron dende un simple control de estallo constante a un control de velocidade e paso variable completo. Actualmente, o sistema de conversor de alimentación dúplex con control de velocidade variable e frecuencia constante está amplamente utilizado no mercado da xeración eólica.

Principio de funcionamento

O rotor é excitado por dous convertidores VSC conectados cara a cara con PWM. Esta disposición denomínase respectivamente convertidor do lado do xerador e convertidor do lado da rede. Os dous convertidores PWM proporcionan corrente de excitación ao enrolamento do rotor para realizar a máxima captura de enerxía eólica e o axuste da potencia reactiva estática. Cando a turbina opera a unha velocidade sub-síncrona, a potencia alimenta o rotor e o convertidor do lado da rede funciona como rectificador, mentres que o convertidor do lado do rotor funciona como inversor, proporcionando a corrente de excitación á turbina. Cando a turbina opera a unha velocidade super-síncrona, tanto o estator como o rotor poden fornecer enerxía á rede. Se a turbina opera en estado síncrono, o xerador funciona como un motor síncrono e o sistema de conversión proporciona excitación DC ao rotor.

O convertidor do lado da rede e o convertidor do lado do xerador están controlados por dúas unidades de control. A unidade de control do lado da rede úsase para manter a estabilidade da tensión da barra de CD e asegurar unha forma de onda de corrente de entrada de alta calidade e un factor de potencia unitario. A unidade de control do lado do xerador úsase para controlar a corrente de torque do rotor e os componentes de excitación dun motor dúplex alimentado para axustar a súa potencia activa e reactiva, e rastrear as ordes de potencia activa e reactiva. Así, o motor dúplex alimentado pode funcionar na curva de potencia óptima da turbina eólica para realizar a máxima captura de enerxía eólica.

Configuración do sistema

• Disposición dos armarios

O sistema de conversor dúplex de Rockwill está especialmente deseñado para turbinas eólicas dúplex alimentadas. Consta dun armario de interconexión/control de rede (1200mm*800mm*2200mm, clase de protección IP54) e un armario de módulo de potencia (1200mm*800mm*2200mm, clase de protección IP23).

-- O sistema de interconexión/control de rede está dividido en dous armarios aislados, que son o armario de control e o armario de interconexión de rede. O armario de control está composto por un controlador, UPS, interruptores de circuito de baixa tensión, dispositivos de protección e terminais de conexión, etc. O armario de interconexión de rede incorpora un transformador de distribución, interruptor principal, contactor de interconexión de rede, contactor do lado da rede, fusible principal e resistor de pre-carga, etc.

-- O armario de módulo de potencia é a parte principal para realizar a conversión de corrente. Ademais, hai tres unidades de potencia tanto no lado da rede como no lado do xerador. Cada un integra IGBT, placa de conducción, radiador, capacitor de CD, capacitancia de absorción, resistor de medición de temperatura, etc. O armario de módulo de potencia tamén inclúe barras de bus laminadas, reactor do lado da rede, reactor do lado do brazo, reactor do lado do xerador, resistores e capacitores de filtrado do lado da rede e do xerador, ventiladores grandes e pequenos, calefactor, etc.

• Parte primaria

A parte primaria do sistema de conversión consiste en módulos de potencia, sistema de filtrado, sistema de control de temperatura, sistema de pre-carga, unidade LVRT (Low Voltage Ride Through) e sistema de distribución, etc.

-- O módulo de potencia está composto por IGBT e os seus accesorios de conducción, protección e disipación de calor. Nún sistema de conversión, inclúe seis grupos de módulos de potencia, que están conectados pola barra de bus de CD laminada.

-- O sistema de filtrado consiste en un filtro LCL do lado da rede e un filtro du/dt do lado do xerador. O filtro LCL do lado da rede pode filtrar eficazmente harmónicos de alta frecuencia do conversor á rede. O filtro du/dt, xunto co reactor de estrangulamento do lado do xerador, pode suprimir o pico de tensión e a tensión transitoria rápida dos componentes de aislamento do rotor.

-- O sistema de control de temperatura axusta a temperatura dentro do armario dentro do rango normal mediante o aquecemento e o refrixeramento, o aquecemento realiza a través do calefactor dentro do armario e o refrixeramento realiza a través do sistema de refrixeramento por ventilador.

-- O sistema de pre-carga úsase para elevar a tensión de CD do capacitor de CD a unha amplitud determinada antes do arranque do conversor. Así, pode reducir o impulso de corrente durante o arranque do conversor.

-- A unidade LVRT pode protexer os dispositivos semiconductores de potencia do lado do xerador en caso de fallo de operación, fallo de liña ou sobretensión do rotor. E grazas á unidade LVRT, o sistema de conversión pode suministrar corrente á rede incluso en caso de fallo de rede, así logrando a travessia de baixa tensión.

-- O sistema de distribución de potencia proporciona un suministro ininterrumpido de potencia para cada dispositivo activo do conversor.

• Sistema de control e protección

O sistema de control e protección é o cerebro do sistema de conversor dúplex, influindo significativamente no rendemento do conversor. O sistema de control e protección realiza principalmente as seguintes funcións:

-- Funcións de control: control do lado da rede, control do lado do xerador e control LVRT.

-- Funcións de protección: protección contra sobrecorrente do lado da rede e do lado do xerador, protección contra subtensión e sobre tensión do lado da rede e do lado do xerador, protección contra sobrecorrente de secuencia negativa do lado da rede e do lado do xerador, protección contra subtensión e sobre tensión da barra de CD, protección contra sobretensión do lado da rede e do lado do xerador, protección contra sobrevelocidade do xerador.

Características

• Capacidades de resposta rápida e alta precisión de control;

• Función completa de rexistro de fallos conforme ao formato IEEE COMTRADE;

• Sistema de protección integrado altamente fiable e flexible;

• Estratexia de control de interconexión de rede baseada na posicionamento adaptativo do rotor que pode realizar a sincronización de rede "cero" impulso;

• Codificador foto-eléctrico, que adopta o modo de reinicio de software, pode mellorar a precisión e fiabilidade da adquisición da velocidade de rotación do motor;

• As estratexias de control de travessia de baixa e alta tensión utilizanse para garantir a capacidade de travessia de fallos do conversor;

• Adoptanse a estratexia de supresión de harmónicos e a estratexia de compensación de morto, para asegurar eficazmente a calidade da potencia entregada ao rede polo conversor;

• Compatible con varias interfaces de comunicación de bus de campo industrial, como CANopen e Profibus;

• Módulos de ponte de conversor IGBT idénticos están conectados en paralelo, e a instalación e extracción de cada módulo de potencia é conveniente;

• Un sistema de filtrado elegantemente deseñado e unha estratexia de restrición de harmónicos aseguran a calidade superior da potencia entregada á rede;

• Este produto pode soportar temperaturas altas/baixas e humidade alta. Todas as placas de circuito están equipadas con revestimento anticorrosivo e todos os armarios teñen unha clase de protección moi alta.