풍력 에너지 변환 시스템 솔루션

풍력 발전 제어 방법은 단순한 정속 스톨 제어에서 완전 가변 피치 및 가변 속도 제어로 발전했습니다. 현재 풍력 발전 시장에서는 가변 속도 및 정주파수 제어를 사용하는 이중 공급 변환기 시스템이 널리 사용되고 있습니다.

작동 원리

로터는 PWM을 사용하는 두 개의 백투백 연결된 VSC 변환기에 의해 자극됩니다. 이러한 배치는 각각 발전기 측 변환기와 그리드 측 변환기라고 합니다. 이중 PWM 변환기는 풍력 에너지의 최대 포착과 정적 무효전력 출력 조정을 위해 로터 권선에 자극 전류를 공급합니다. 터빈이 하위 동기 속도로 작동할 때, 전력은 로터에 공급되며 그리드 측 변환기는 정류기로 작동하고 로터 측 변환기는 인버터로 작동하여 터빈에 자극 전류를 제공합니다. 터빈이 상위 동기 속도로 작동할 때, 스테이터와 로터 모두 그리드에 에너지를 공급할 수 있습니다. 터빈이 동기 상태로 작동하면, 발전기는 동기 모터로 작동하며 변환기 시스템은 로터에 DC 자극을 제공합니다.

그리드 측 변환기와 발전기 측 변환기는 두 개의 제어 장치에 의해 제어됩니다. 그리드 측 제어 장치는 DC 버스바 전압 안정성을 유지하고 고품질 입력 전류 파형과 단위 전력 인자를 보장하는 데 사용됩니다. 발전기 측 제어 장치는 이중 공급 모터의 로터 전류 토크와 자극 구성 요소를 제어하여 그 활성 전력과 무효전력 출력을 조정하고, 활성 전력 명령과 무효전력 명령을 추적합니다. 이를 통해 이중 공급 모터는 풍력 터빈의 최적 전력 곡선에서 작동하여 풍력 에너지의 최대 포착을 실현할 수 있습니다.

시스템 구성

• 캐비닛 배치

Rockwill 이중 공급 변환기 시스템은 이중 공급 풍력 터빈을 위해 특별히 설계되었습니다. 이는 그리드 연결/제어 캐비닛 (1200mm*800mm*2200mm, 보호 등급은 IP54)과 전력 모듈 캐비닛 (1200mm*800mm*2200mm, 보호 등급은 IP23)으로 구성됩니다.

-- 그리드 연결/제어 시스템은 제어 캐비닛과 그리드 연결 캐비닛으로 분리되어 있습니다. 제어 캐비닛은 컨트롤러, UPS, 저전압 회로 차단기, 보호 장치, 배선 단자 등으로 구성됩니다. 그리드 연결 캐비닛에는 분배 변압기, 주 회로 차단기, 그리드 연결 접촉기, 그리드 측 접촉기, 주 융단, 사전 충전 저항 등이 포함되어 있습니다.

-- 전력 모듈 캐비닛은 전류 변환을 수행하는 주요 부분입니다. 또한, 그리드 측과 발전기 측에 세 개의 전력 유닛이 있습니다. 각각 IGBT, 드라이브 보드, 방열판, DC 캐패시터, 흡수 용량, 온도 측정 저항 등을 통합하고 있습니다. 전력 모듈 캐비닛에는 적층 버스바, 그리드 측 리액터, 교차 팔 측 리액터, 발전기 측 리액터, 그리드 측 및 발전기 측 필터링 저항과 캐패시터, 대형 및 소형 팬, 히터 등이 포함되어 있습니다.

• 주요 부분

변환기 시스템의 주요 부분은 전력 모듈, 필터링 시스템, 온도 제어 시스템, 사전 충전 시스템, LVRT (저전압 관통) 유닛 및 분배 시스템 등으로 구성됩니다.

-- 전력 모듈은 IGBT와 그 드라이브, 보호, 방열 부품으로 구성됩니다. 하나의 변환기 시스템에는 여섯 개의 전력 모듈 그룹이 있으며, 이들은 적층 DC 버스바로 연결됩니다.

-- 필터링 시스템은 그리드 측 LCL 필터와 발전기 측 du/dt 필터로 구성됩니다. 그리드 측 LCL 필터는 변환기로부터 그리드로의 고주파 하모닉을 효과적으로 필터링합니다. du/dt 필터와 발전기 측의 콜링 리액터는 로터 절연 부품의 전압 피크와 빠른 일시적인 전압을 억제합니다.

-- 온도 제어 시스템은 캐비닛 내부의 온도가 정상 범위 내에 있도록 가열 및 냉각을 통해 조정합니다. 가열은 캐비닛 내부의 히터를 통해 수행되고, 냉각은 팬 냉각 시스템을 통해 수행됩니다.

-- 사전 충전 시스템은 변환기 시작 전에 DC 캐패시터의 DC 전압을 특정 진폭으로 상승시키는 데 사용됩니다. 이를 통해 변환기 시작 시의 전류 충격을 줄일 수 있습니다.

-- LVRT 유닛은 운전 오류, 선로 오류 또는 로터 과전압 발생 시 발전기 측의 전력 반도체 장치를 보호합니다. LVRT 유닛을 통해 변환기 시스템은 그리드 오류 시에도 그리드에 전류를 공급하여 저전압 관통을 달성할 수 있습니다.

-- 전력 분배 시스템은 변환기의 각 활성 장치에 중단 없는 전력 공급을 제공합니다.

• 제어 및 보호 시스템

제어 및 보호 시스템은 이중 공급 변환기 시스템의 뇌이며, 변환기의 성능에 크게 영향을 미칩니다. 제어 및 보호 시스템은 주로 다음과 같은 기능을 수행합니다:

-- 제어 기능: 그리드 측 제어, 발전기 측 제어 및 LVRT 제어.

-- 보호 기능: 그리드 측 및 발전기 측 변환기의 과전류 보호, 그리드 측 및 발전기 측 변환기의 저전압 및 과전압 보호, 그리드 측 및 발전기 측 변환기의 음의 순서 과전류 보호, DC 버스바의 저전압 및 과전압 보호, 그리드 측 및 발전기 측 변환기의 과온 보호, 발전기 과속 보호.

특징

• 빠른 응답 능력과 높은 제어 정밀도;

• IEEE COMTRADE 형식에 맞춘 완전한 고장 기록 기능;

• 높은 신뢰성과 유연성을 갖춘 통합 보호 시스템;

• 로터의 자응적 위치를 기반으로 한 그리드 연결 제어 전략으로 "영" 충격 그리드 동기화를 실현 가능;

• 소프트웨어 리셋 모드를 채택한 광전 인코더는 모터 회전 속도 수집의 정확성과 신뢰성을 향상시킵니다;

• 고전압 및 저전압 관통 제어 전략은 변환기 고장 관통 능력을 보장합니다;

• 하모닉 억제 제어 전략과 데드 존 보상 전략은 변환기로부터 그리드로 공급되는 전력의 품질을 효과적으로 보장합니다;

• CANopen 및 Profibus와 같은 다양한 산업용 필드버스 통신 인터페이스와 호환 가능;

• 동일한 IGBT 변환기 브릿지 모듈이 병렬로 연결되어 있으며, 각 전력 모듈의 설치 및 제거가 편리합니다;

• 정교하게 설계된 필터링 시스템과 하모닉 억제 제어 전략은 그리드로 공급되는 전력의 우수한 품질을 보장합니다;

• 이 제품은 고온/저온 및 고습도 환경을 견딜 수 있으며, 모든 회로 보드는 부식 방지 코팅이 적용되어 있고 모든 캐비닛은 매우 높은 보호 등급을 가지고 있습니다.