Sustav rješenja za pretvorbu vjetrovne energije

Metode kontrole generiranja vjetra razvile su se od jednostavne stalne regule s klinom do potpune varijabilnosti kuta i brzine kotača. Trenutno, dvostrani pretvarački sustav s varijabilnom brzinom i stalnom frekvencijom kontrolom široko se koristi na tržištu generiranja vjetra.

Princip rada

Rotor je pobuđen putem dva VSC pretvarača povezana unazad sa PWM. Ova konfiguracija se naziva pretvaračem strane generatora i pretvaračem strane mreže. Dvostrani PWM pretvarači opskrbljuju rotor nagnutom strujom kako bi se ostvarila maksimalna prihvatljivost vjetra i prilagodba statičke reaktivne snage. Kada turbina radi na pod-sinkronoj brzini, snaga se prenosi u rotor i pretvarač strane mreže radi kao rektifikator, dok pretvarač strane rotora radi kao inverter, pružajući nagnutnu struju turbinom. Kada turbina radi na nad-sinkronoj brzini, stator i rotor mogu obje prenositi energiju u mrežu. Ako turbina radi u sinkronom stanju, generator radi kao sinkroni motor, a pretvarački sustav pruža DC pobudu rotoru.

Pretvarač strane mreže i pretvarač strane generatora upravljaju se dvama kontrolnim jedinicama. Kontrolna jedinica strane mreže koristi se za održavanje stabilnosti DC busbar napona i osiguravanje visokokvalitetne valne oblike ulazne struje i jedinice faktora snage. Kontrolna jedinica strane generatora koristi se za kontrolu torznog toka i pobudnih komponenti dvostranog ishranih motora kako bi se prilagodila njegova aktivna i reaktivna snaga, te pratila naredbe aktivne i reaktivne snage. Tako dvostrani ishrani motor može raditi na optimalnoj krivulji snage turbine kako bi se ostvarila maksimalna prihvatljivost vjetra.

Konfiguracija sustava

• Poredak ormarića

Rockwillov dvostrani pretvarački sustav posebno je dizajniran za dvostrano ishrane turbine vjetra. Sastoji se od omara za spajanje na mrežu/kontrolu (1200mm*800mm*2200mm, stupanj zaštite IP54) i omara za modul snage (1200mm*800mm*2200mm, stupanj zaštite IP23).

-- Sustav spajanja na mrežu/kontrolu podijeljen je u dva izolirana ormarića, kontrolni ormarić i ormarić za spajanje na mrežu. Kontrolni ormarić sastoji se od kontrolera, UPS-a, niskonaponskih prekidača, uređaja za zaštitu i terminala za provođenje žice itd. Ormarić za spajanje na mrežu uključuje distribucijski transformator, glavni prekidač, kontaktor za spajanje na mrežu, kontaktor strane mreže, glavni prelomnik i rezistor za predopterećenje itd.

-- Omara za modul snage je glavni dio za ostvarivanje pretvorbe struje. Također, postoje tri jedinice snage na strani mreže i generatora. Svaki integriše IGBT, ploču pogona, hlađivač, DC kondenzator, apsorpcijsku kapacitet, rezistor za mjerenje temperature itd. Omara za modul snage također uključuje slojevitu busbar, reaktor strane mreže, reaktor strane mosta, reaktor strane generatora, filtrirajući rezistor i kondenzator strane mreže i generatora, velike i male ventilatore, grejač itd.

• Glavni dio

Glavni dio pretvaračkog sustava sastoji se od modula snage, filtra, sustava za kontrolu temperature, sustava za predopterećenje, LVRT (Low Voltage Ride Through) jedinice i distribucijskog sustava itd.

-- Modul snage sastoji se od IGBT-a i njegovih pogona, zaštite, hlađivača. U jednom pretvaračkom sustavu, uključuje šest skupina modula snage, koje su povezane slojevitom DC busbarom.

-- Filtarski sustav sastoji se od LCL filtera strane mreže i du/dt filtera strane generatora. LCL filter strane mreže može efikasno filtrirati visokofrekventne harmonike iz pretvarača u mrežu. Du/dt filter, zajedno s gušcem reaktorom strane generatora, može smanjiti vrhunsku i brzu prelaznu naponsku komponentu izolacijskih dijelova rotora.

-- Sustav za kontrolu temperature prilagođava temperaturu unutar omara u normalnom rasponu zagrijavanjem i hlađenjem, zagrijavanje se obavlja unutarnjim grejačem omara, a hlađenje se obavlja ventilatorskim sustavom hlađenja.

-- Sustav za predopterećenje koristi se za povećanje DC napona DC kondenzatora do određene amplitude prije pokretanja pretvarača. Time se može smanjiti impulz struje tijekom pokretanja pretvarača.

-- LVRT jedinica može zaštititi poluprovodničke uređaje strane generatora u slučaju operativnog problema, problema linije ili previsokog napona rotora. I LVRT jedinica omogućuje pretvaračkom sustavu da pruža struju mreži čak i u slučaju problema mreže, time ostvarujući prolaz kroz niski napon.

-- Sustav za distribuciju snage pruža neprekidnu snabdevanje svake aktivne jedinice pretvarača.

• Kontrolni i zaštitni sustav

Kontrolni i zaštitni sustav su mozak dvostranog pretvaračkog sustava, značajno utječe na performanse pretvarača. Kontrolni i zaštitni sustav uglavnom obavljaju sljedeće funkcije:

-- Funkcije kontrole: kontrola strane mreže, kontrola strane generatora i kontrola LVRT.

-- Funkcije zaštite: zaštita od previsoke struje strane mreže i generatora, zaštita od niskog i visokog napona strane mreže i generatora, zaštita od previsoke struje negativnog redoslijeda strane mreže i generatora, zaštita od niskog i visokog napona DC busbara, zaštita od previsoke temperature strane mreže i generatora, zaštita od previsoke brzine generatora.

Značajke

• Brza odgovorna sposobnost i visoka preciznost kontrole;

• Potpuna funkcija zabilježavanja grešaka u skladu s formatom IEEE COMTRADE;

• Visoko pouzdani i fleksibilni integrirani sustav za zaštitu;

• Strategija kontrole spajanja na mrežu temeljena na samoadaptivnom pozicioniranju rotora koja može ostvariti "nultu" impulsnu sinkronizaciju s mrežom;

• Fotoelektrični enkoder, koji koristi softverski reset, može poboljšati preciznost i pouzdanost prihvaćanja brzine rotacije motora;

• Strategije kontrole pri prohođenju visokim i niskim naponima koriste se kako bi se osigurala sposobnost prelaska kroz grešku pretvarača;

• Strategija supresije harmonika i strategija kompenzacije mrtve zone koriste se kako bi se efektivno osigurala kvaliteta snage prenesene iz pretvarača u mrežu;

• Kompatibilnost s različitim industrijskim komunikacijskim interfejsima polja, poput CANopen i Profibus;

• Identični IGBT pretvarački mostovi su povezani paralelno, a instalacija i uklanjanje svakog modula snage olakšani su;

• Elaborirano dizajnirani filtri i strategija suzbijanja harmonika osiguravaju superiornu kvalitetu snage dostavljene mreži; 

• Ovaj proizvod može izdržati visoke/niske temperature i visoku vlažnost. Sve ploče su opremljene protukorozionim poklopacima, a svi omari imaju vrlo visok stupanj zaštite.