Windenergieconversiesysteemoplossing

De methoden voor het regelen van windenergieproductie zijn geëvolueerd van eenvoudige constante pitch stall controle naar volledig variabele pitch en variabele snelheid controle. Momenteel wordt in de windenergiemarkt breed gebruikgemaakt van een dubbeldraaierige omvormer met variabele snelheid en constante frequentie controle.

Werkingsprincipe

De rotor wordt opgewekt door twee back-to-back verbonden VSC-omvormers met PWM. Deze configuratie wordt respectievelijk aangeduid als generatorzijde omvormer en netzijde omvormer. De dubbele PWM-omvormers leveren opwekstroom aan de rotorwinding om de maximale vangst van windenergie te realiseren en de verstelling van de statische reactieve vermogensuitvoer. Wanneer de turbine op sub-synchrone snelheid werkt, wordt stroom aan de rotor toegevoerd en werkt de netzijde omvormer als een rectifier terwijl de rotorzijde omvormer als een inverter werkt, waardoor de opwekstroom aan de turbine wordt geleverd. Wanneer de turbine op super-synchrone snelheid werkt, kunnen zowel de stator als de rotor energie aan het net leveren. Als de turbine synchroon werkt, werkt de generator als een synchrone motor en levert het omvormersysteem DC-opwekking aan de rotor.

De netzijde omvormer en de generatorzijde omvormer worden bestuurd door twee besturingseenheden. De netzijde besturingseenheid wordt gebruikt om de spanning van de DC-bus stabiel te houden en een hoge kwaliteit input stroomvorm en eenheidsvermogensfactor te garanderen. De generatorzijde besturingseenheid wordt gebruikt om de rotorstroomkracht en de opwekkingscomponenten van een dubbeldraaierige motor te regelen om de actieve en reactieve vermogensuitvoer te verstellen, en volgt de actieve en reactieve vermogensopdrachten. Hierdoor kan de dubbeldraaierige motor op de optimale vermogenscurve van de windturbine werken om de maximale vangst van windenergie te realiseren.

Systeemconfiguratie

• Kastindeling

Het Rockwill dubbeldraaierige omvormersysteem is speciaal ontworpen voor dubbeldraaierige windenergieturbinen. Het bestaat uit een netwerkverbinding/besturingkast (1200mm*800mm*2200mm, beschermingsklasse is IP54) en een krachtmodulekast (1200mm*800mm*2200mm, beschermingsklasse is IP23).

-- Het netwerkverbinding/besturingssysteem is verdeeld over twee geïsoleerde kasten, namelijk de besturingkast en de netwerkverbindingkast. De besturingkast bestaat uit een controller, UPS, lage-spanningsautomaten, beschermingsapparatuur en bedradingsterminalen, enz. De netwerkverbindingkast bevat een distributietransformator, hoofdschakelaar, netwerkverbindingcontactor, netzijde contactor, hoofdzekering en voorlaadweerstand, enz.

-- De krachtmodulekast is het belangrijkste onderdeel voor het realiseren van stroomconversie. Daarnaast bevinden zich drie krachtmodules aan zowel de net- als de generatorzijde. Elke module integreert IGBT, besturingsplaat, koeler, DC-condensator, absorptiecapaciteit, temperatuurmeetweerstand, enz. De krachtmodulekast bevat ook gestapeld busbar, netzijde reactor, brugarmzijde reactor, generatorzijde reactor, net- en generatorzijde filterweerstanden en -condensatoren, grote en kleine ventilatoren, verwarmingselement, enz.

• Primaire componenten

De primaire componenten van het omvormersysteem bestaan uit krachtmodules, filtersysteem, temperatuurregelingsysteem, voorlaadsysteem, LVRT (Low Voltage Ride Through) eenheid en distributiesysteem, enz.

-- De krachtmodule bestaat uit IGBT en de bijbehorende besturing, bescherming en koelaccessoires. In één omvormersysteem zijn er zes groepen krachtmodules, die via de gestapeld DC-busbar zijn verbonden.

-- Het filtersysteem bestaat uit een netzijde LCL-filter en een generatorzijde du/dt-filter. Het netzijde LCL-filter kan hoogfrequente harmonischen effectief filteren van de omvormer naar het net. Het du/dt-filter, samen met de demperreactor aan de generatorzijde, kan de spanningstop en snelle tijdelijke spanning van de rotorisolatiecomponenten dempen.

-- Het temperatuurregelingsysteem past de temperatuur binnen de kast aan tot binnen het normale bereik door verwarming en koeling, waarbij de verwarming wordt uitgevoerd door een verwarmingselement binnen de kast en de koeling door een ventilatiekoelsysteem.

-- Het voorlaadsysteem wordt gebruikt om de DC-spanning van de DC-condensator voor de start van de omvormer tot een bepaalde amplitude te verhogen. Hierdoor kan de stroomstoot tijdens de start van de omvormer worden verlaagd.

-- De LVRT-eenheid beschermt de krachthalfgeleiderapparaten aan de generatorzijde in geval van bedrijfsfout, lijnfout of overspanning van de rotor. En met behulp van de LVRT-eenheid kan het omvormersysteem zelfs in geval van een netwerkfout stroom aan het net leveren, waardoor lage spanning doorrijden wordt gerealiseerd.

-- Het vermogendistributiesysteem biedt ononderbroken stroomvoorziening voor elk actief apparaat van de omvormer.

• Besturing- en beschermingssysteem

Het besturing- en beschermingssysteem is het brein van het dubbeldraaierige omvormersysteem en heeft een significante invloed op de prestaties van de omvormer. Het besturing- en beschermingssysteem voert voornamelijk de volgende functies uit:

-- Besturingsfuncties: netzijdebesturing, generatorzijdebesturing en LVRT-besturing.

-- Beschermingsfuncties: overstromingsbescherming van net- en generatorzijde omvormer, onder- en overspanningsbescherming van net- en generatorzijde omvormer, negatieve sequentie overstromingsbescherming van net- en generatorzijde omvormer, onder- en overspanningsbescherming van DC-bus, overtemperatuurbescherming van net- en generatorzijde omvormer, generatoroversnelheidsbescherming.

Kenmerken

• Snelle responscapaciteit en hoge besturingsnauwkeurigheid;

• Volledige foutregistratiefunctie conform IEEE COMTRADE-formaat;

• Hoogbetrouwbaar en flexibel geïntegreerd beschermingssysteem;

• Netwerkverbindingcontrolestrategie gebaseerd op zelfaanpassende positiebepaling van de rotor, waardoor "nul"-impuls synchronisatie met het net mogelijk is;

• Foto-elektrische encoder, die een software-resetmodus gebruikt, kan de nauwkeurigheid en betrouwbaarheid van de motorschakelingsnelheidverkrijging verbeteren;

• Hoge- en lagespanningsdoorrijdcontrolestrategieën worden gebruikt om de doorrijdfunctie van de omvormer te garanderen;

• Harmonische onderdrukkingcontrolestrategie en dead zone compensatiestrategie worden toegepast om de kwaliteit van de door de omvormer aan het net geleverde stroom effectief te garanderen;

• Compatibel met verschillende industriële veldbuscommunicatieinterfaces, zoals CANopen en Profibus;

• Identieke IGBT-omvormerbrugmodules zijn parallel verbonden, en de installatie en verwijdering van elke krachtmodule is eenvoudig;

• Zorgvuldig ontworpen filtersysteem en harmonische onderdrukkingcontrolestrategie zorgen voor superieure kwaliteit van de aan het net geleverde stroom;

• Dit product kan hoge en lage temperaturen en hoge luchtvochtigheid weerstaan. Alle printplaten zijn voorzien van anticorrosiecoating en alle kasten hebben een zeer hoge beschermingsklasse.