風力エネルギー変換システムソリューション

風力発電制御方法は、単純な一定ピッチストール制御から全ブレード可変ピッチおよび可変速度制御へと進化しました。現在、可変速度定周波数制御を備えたダブルフィードコンバーターシステムが風力発電市場で広く使用されています。

動作原理

ローターはPWMを使用してバックトゥーバック接続されたVSCコンバーターによって励磁されます。この構成はそれぞれ発電機側コンバーターとグリッド側コンバーターと呼ばれます。ダブルPWMコンバーターは、風エネルギーの最大捕集と静止無効電力出力の調整のためにロータ巻線に励磁電流を供給します。タービンが亜同期速度で動作する場合、パワーアップルータに供給され、グリッド側コンバーターは整流器として動作し、ロータ側コンバーターはインバーターとして動作し、タービンに励磁電流を提供します。タービンが超同期速度で動作する場合、スタータとロータの両方がグリッドにエネルギーを供給することができます。タービンが同期状態で動作する場合、発電機は同期モーターとして動作し、コンバーターシステムはロータに直流励磁を提供します。

グリッド側コンバーターと発電機側コンバーターは、2つの制御ユニットによって制御されます。グリッド側制御ユニットはDCバスバー電圧の安定性を維持し、高品質な入力電流波形と単位力率を確保するために使用されます。発電機側制御ユニットは、ダブルフィードモーターのトルクと励磁成分を制御し、その有効電力と無効電力出力を調整し、有効電力命令と無効電力命令を追跡します。これにより、ダブルフィードモーターは風力タービンの最適な出力曲線上で動作し、風力エネルギーの最大捕集を実現することができます。

システム構成

• キャビネット配置

Rockwillダブルフィードコンバーターシステムは、ダブルフィード風力タービン専用に設計されています。これは、グリッド接続/制御キャビネット（1200mm*800mm*2200mm、保護等級はIP54）とパワーモジュールキャビネット（1200mm*800mm*2200mm、保護等級はIP23）で構成されています。

-- グリッド接続/制御システムは、制御キャビネットとグリッド接続キャビネットの2つの独立したキャビネットに分かれています。制御キャビネットは、コントローラー、UPS、低電圧遮断器、保護装置、配線端子などから構成されています。グリッド接続キャビネットには、分配トランス、主遮断器、グリッド接続コンタクター、グリッド側コンタクター、主フューズ、プリチャージング抵抗などが含まれています。

-- パワーモジュールキャビネットは、電流変換を行う主要部分です。また、グリッド側と発電機側にそれぞれ3つのパワーユニットがあります。各ユニットにはIGBT、ドライブボード、放熱部品、DCキャパシタ、吸収容量、温度測定抵抗などが組み込まれています。パワーモジュールキャビネットにはさらに、積層バスバー、グリッド側リアクトル、橋腕側リアクトル、発電機側リアクトル、グリッド側および発電機側フィルタリング抵抗とキャパシタ、大・小ファン、ヒーターなどが含まれています。

• 主要部品

コンバーターシステムの主要部品は、パワーモジュール、フィルターシステム、温度制御システム、プリチャージングシステム、LVRT（低電圧通過）ユニット、配電システムなどから構成されています。

-- パワーモジュールは、IGBTとその駆動、保護、放熱アクセサリーで構成されています。1つのコンバーターシステムでは、6組のパワーモジュールが積層DCバスバーによって接続されています。

-- フィルターシステムは、グリッド側LCLフィルターと発電機側du/dtフィルターで構成されています。グリッド側LCLフィルターは、コンバーターからの高周波ハーモニックスを効果的にフィルタリングできます。du/dtフィルターと発電機側のチョーキングリアクトルは、ロータ絶縁部品の電圧ピークと高速一時的な電圧を抑制することができます。

-- 温度制御システムは、ヒーターによる加熱とファン冷却システムによる冷却によってキャビネット内の温度を正常範囲に調整します。

-- プリチャージングシステムは、コンバーター起動前にDCキャパシタのDC電圧を一定の振幅まで上昇させることで、コンバーター起動時の電流インパルスを減らすことができます。

-- LVRTユニットは、発電機側の電力半導体デバイスを動作障害、ライン障害、またはロータ過電圧から保護します。LVRTユニットにより、コンバーターシステムはグリッド障害の場合でもグリッドに電流を供給し、低電圧通過を達成することができます。

-- 電力配電システムは、コンバーターの各アクティブデバイスに途切れることなく電力を供給します。

• 制御および保護システム

制御および保護システムは、ダブルフィードコンバーターシステムの脳であり、コンバーターの性能に大きく影響します。制御および保護システムは主に以下の機能を実行します：

-- 制御機能：グリッド側制御、発電機側制御、LVRT制御。

-- 保護機能：グリッド側および発電機側コンバーターの過電流保護、グリッド側および発電機側コンバーターの低電圧および過電圧保護、グリッド側および発電機側コンバーターの負序過電流保護、DCバスバーの低電圧および過電圧保護、グリッド側および発電機側コンバーターの過熱保護、発電機の過速度保護。

特長

• 高速応答能力と高い制御精度；

• IEEE COMTRADEフォーマットに準拠した完全な故障記録機能；

• 高度に信頼性と柔軟性のある統合保護システム；

• 自己適応型ロータ位置制御に基づくグリッド接続制御戦略により、「ゼロ」インパルスグリッド同期を実現；

• ソフトウェアリセットモードを採用した光電エンコーダーは、モータ回転速度取得の精度と信頼性を向上させる；

• 高電圧および低電圧通過制御戦略は、コンバーターの故障通過能力を保証するために使用される；

• ハーモニックス抑制制御戦略とデッドゾーン補償戦略は、コンバーターからグリッドへの電力品質を効果的に確保するために採用される；

• CANopenやProfibusなどの各種産業フィールドバス通信インターフェースと互換性がある；

• 同じIGBTコンバーターブリッジモジュールが並列に接続されており、各パワーモジュールのインストールと取り外しが容易に行える；

• 精巧に設計されたフィルターシステムとハーモニックス抑制制御戦略により、グリッドに供給される電力の優れた品質が確保される；

• この製品は高温・低温および高湿度にも耐えられ、すべての基板には防食コーティングが施されており、すべてのキャビネットは非常に高い保護等級を持っています。