מערכת הפיכת אנרגיית רוח

שיטות הבקרה בהפקת חשמל מאנרגיית רוח עברו מתהליך פשוט של בקרה קבועה של זווית הסיבוב לעצירת פגיעה, לבקרה מלאה של זווית הסיבוב והמהירות. כיום, מערכת הממיצים עם בקרה על מהירות משתנה ותדר קבוע היא בשימוש נרחב בשוק ההפקת חשמל מאנרגיית רוח.

עקרון פעולה

הרוטור מופעל על ידי שני ממיצים VSC מחוברים זה מול זה עם PWM. הסידור הזה מכונה ממיץ צד גנרטור וממיץ צד רשת בהתאמה. הממיצים PWM מספקים זרם מזנק לרוטור כדי להבטיח תפיסה מקסימלית של אנרגיית הרוח ולהתאים את הפלט של החשמל הריאקטיבי הסטטי. כאשר הטורבינה פועלת במהירות תת-סינכרונית, אנרגיה מוזרקת לרוטור וממיץ הצד הרשת פועל כמלטש בעוד ממיץ הצד הרוטור פועל כממריץ, ומספק זרם מזנק לטורבינה. כאשר הטורבינה פועלת במהירות סופר-סינכרונית, גם הסטטור וגם הרוטור יכולים לספק אנרגיה לרשת. אם הטורבינה פועלת במצב סינכרוני, הגנרטור פועל כמנוע סינכרוני ומערכת הממיצים מספקת מזנק DC לרוטור.

ממיץ הצד הרשת וממיץ הצד הגנרטור נשלטים על ידי שתי יחידות בקרה. יחידת הבקרה של הצד הרשת משמשת לקיום יציבות של מתח בסיס DC ובטיחות תקן גבוה של זרם כניסה וגורם כוח יחידה. יחידת הבקרה של הצד הגנרטור משמשת להפעלת הזרם המזנק והרכיבים המזנים של מנוע דו-מזנק כדי להתאים את פלט החשמל האקטיבי והריאקטיבי שלו, ומחזיקה בעקבות פקודת החשמל האקטיבי והריאקטיבי. כך שהמנוע הדו-מזנק יכול לפעול על עקומת הכוח האופטימלית של טורבינת הרוח כדי לתפוס את המירב של אנרגיית הרוח.

תצורת מערכת

• ארגון הקסטות

מערכת הממיצים הדו-מזנקית של Rockwill מיועדת במיוחד לטורבינות רוח דו-מזנקיות. היא מורכבת מקסטת חיבור/בקרה (1200mm*800mm*2200mm, דרגת הגנה IP54) וקסטת מודול כוח (1200mm*800mm*2200mm, דרגת הגנה IP23).

-- מערכת החיבור/בקרה מחולקת לשתי קסטות מבודדות, שהם קסטת הבקרה וקסטת החיבור לרשת. קסטת הבקרה מורכבת ממתג בקרה, UPS, מתגים נמוך מתח, התקנים מגינים וטרמינלים חיבורים, וכדומה. קסטת החיבור לרשת כוללת טרנספורמציה מפוצצת, מתג ראשי, מתג חיבור לרשת, מתג צד רשת, מדבק ראשי, ונגד טעינה מקדימה, וכדומה.

-- קסטת מודול הכוח היא החלק העיקרי לביצוע המרה של זרם. בנוסף, יש שלוש יחידות כוח בצד הרשת ובצד הגנרטור. כל אחת מאוגדת IGBT, לוח מפעיל, רדייטור, קבל DC, קבל ספיגה, נגד מד טמפרטורה, וכדומה. קסטת מודול הכוח כוללת גם מסילה מצומצמת, נגד צד רשת, נגד צד גשר, נגד צד גנרטור, נגד וקבל מסנן בצד הרשת ובצד הגנרטור, מערביים גדולים וקטנים, ואביזר חימום, וכדומה.

• החלק העיקרי

החלק העיקרי של מערכת הממיצים כולל מודולי כוח, מערכת מסנן, מערכת בקרה טמפרטורה, מערכת טעינה מקדימה, יחידת LVRT (Low Voltage Ride Through) ומערכת הפצה, וכדומה.

-- מודול הכוח מורכב מIGBT וכלים נוספים למפעיל, הגנה, והפחתת חום. במערכת ממיצים אחת, יש שש קבוצות של מודולי כוח המחוברים באמצעות מסילה DC מצומצמת.

-- מערכת המסנן מורכבת ממסנן LCL צד רשת ומסנן du/dt צד גנרטור. מסנן LCL צד הרשת יכול לסנן בצורה יעילה הרמוניות בתדר גבוה מהממיץ לרשת. מסנן du/dt, יחד עם המתג הצף בצד הגנרטור, יכול לדכא את השיא והמתח המהיר של רכיבי ההפרדה של הרוטור.

-- מערכת הבקרה הטמפרטורה מתקנת את הטמפרטורה בתוך הקסטה כך שתישאר בתחום הנורמלי על ידי חימום והקרנה, החימום מתבצע על ידי אביזר החימום בתוך הקסטה והקירור מתבצע על ידי מערכת הנעילה.

-- מערכת הטעינה המקדימה משמשת להעלות את מתח הDC של הקבל DC לגובה מסוים לפני הפעלת הממיץ. בכך ניתן להפחית את הלם הזרם במהלך הפעלת הממיץ.

-- יחידת LVRT יכולה להגן על רכיבי חשמל חזקים בצד הגנרטור במקרה של תקלה בפעולת המערכת, תקלה בקו או מתח גבוה ברוטור. בעזרת יחידת LVRT, מערכת הממיצים יכולה לספק זרם לרשת גם במקרה של תקלה ברשת, ובכך להשיג מעבר במתח נמוך.

-- מערכת הפצת הכוח מספקת אספקה בלתי פוסקת לכל רכיב פעיל של הממיץ.

• מערכת הבקרה וההגנה

מערכת הבקרה וההגנה הן המוח של מערכת הממיצים הדו-מזנקית, והן משפיעות באופן משמעותי על ביצועי הממיץ. מערכת הבקרה וההגנה מבצעת בעיקר את התפקידים הבאים:

-- תפקידים של בקרה: בקרה צד רשת, בקרה צד גנרטור ובקרה LVRT.

-- תפקידים של הגנה: הגנה על עודף זרם בצד הרשת ובצד הגנרטור, הגנה על מתח נמוך ומתח גבוה בצד הרשת ובצד הגנרטור, הגנה על עודף זרם בסדרה שלילית בצד הרשת ובצד הגנרטור, הגנה על מתח נמוך ומתח גבוה של בסיס DC, הגנה על טמפרטורה גבוהה בצד הרשת ובצד הגנרטור, הגנה על מהירות גבוהה של הגנרטור.

מאפיינים

• יכולת תגובה מהירה דיוק בקרה גבוה;

• פונקציה מלאה של הקלטה של תקלות בהתאם לפורמט IEEE COMTRADE;

• מערכת הגנה משולבת אמינה ומשתנה;

• אסטרטגיית בקרה של חיבור לרשת מבוססת מיקום עצמאי של הרוטור שיכולה להבטיח "אפס" הלם במהלך סינכרוניזציה עם הרשת;

• אncoder פוטואלקטרי המאמץ את אופן איפוס התוכנה יכול לשפר את הדיוק והאמינות של איסוף מהירות הסיבוב של המנוע;

• אסטרטגיות של בקרה עבור מעבר במתח גבוה ומתח נמוך משמשות כדי להבטיח את יכולת המעבר בנתק של הממיץ;

• אסטרטגיות של דיכוי הרמוניות והצבת אזור מת לא פעיל משמשות כדי להבטיח את איכות החשמל המסופק מהממיץ לרשת;

• תואמת עם מגוון חיבורי תקשורת של שדה תעשייתי, כגון CANopen ו-Profinet;

• מודולי גשר IGBT זהים מחוברים מקביל, וההתקנה והסרת כל מודול כוח היא נוחה;

• מערכת מסנן מותאמת ואסטרטגיה של דיכוי הרמוניות מבטיחות איכות טובה של החשמל המסופק לרשת;

• המוצר יכול לעמוד בפני טמפרטורות גבוהות ונמוכות ורמות לחות גבוהות. כל לוחות החשמל מצוידים במכסה נגד שחיקה וכל הקסטות בעלות דרגת הגנה גבוהה מאוד.