System Rozwiązania Konwertera Energii Wiatrowej

Metody kontroli generacji energii wiatrowej ewoluowały od prostego stałoobrotowego sterowania przepływem do pełnego zmiennoprzepustowego i zmiennoprędkościowego sterowania. Obecnie szeroko stosowany jest system konwertera podwójnie zasilanego z zmienną prędkością i stałą częstotliwością w rynku generacji energii wiatrowej.

Zasada działania

Rotor jest pobudzany przez dwa połączone szeregowo konwertery VSC z PWM. Ta konfiguracja jest nazywana odpowiednio konwerterem strony generatora i konwerterem strony sieci. Podwójne konwertery PWM dostarczają prąd pobudzający do zwinięcia rotora, aby osiągnąć maksymalne wykorzystanie energii wiatru i regulację wyjściowej mocy reaktywnej. Gdy turbina działa z podsynchroniczną prędkością, energia jest podawana do rotora, a konwerter strony sieci działa jako prostownik, podczas gdy konwerter strony rotora działa jako inwerter, dostarczając prąd pobudzający do turbiny. Gdy turbina działa z nadsynchroniczną prędkością, stator i rotor mogą oba dostarczać energię do sieci. Jeśli turbina działa w stanie synchronicznym, generator działa jako silnik synchroniczny, a system konwertera dostarcza prąd DC do rotora.

Konwerter strony sieci i konwerter strony generatora są kontrolowane przez dwa jednostki sterujące. Jednostka sterująca stroną sieci służy do utrzymania stabilności napięcia na szynie DC i zapewnienia wysokiej jakości fali prądu wejściowego oraz jednostkowego współczynnika mocy. Jednostka sterująca stroną generatora służy do sterowania prądem rotora, momentem obrotowym i składowymi pobudzania podwójnie zasilanego silnika, aby dostosować jego moc czynną i reaktywną, śledząc polecenia mocy czynnej i reaktywnej. Dzięki temu podwójnie zasilany silnik może działać na optymalnej krzywej mocy turbiny, aby osiągnąć maksymalne wykorzystanie energii wiatru.

Konfiguracja systemu

• Układ szaf

System konwertera podwójnie zasilanego Rockwill jest specjalnie zaprojektowany dla turbin wiatrowych z podwójnym zasilaniem. Składa się z szafy łączności z siecią/kontrolnej (1200mm*800mm*2200mm, klasa ochrony IP54) i szafy modułów mocy (1200mm*800mm*2200mm, klasa ochrony IP23).

-- System łączności z siecią/kontrolny jest podzielony na dwie izolowane szafy, które to szafa kontrolna i szafa łączności z siecią. Szafa kontrolna składa się z kontrolera, UPS, przełączników niskiego napięcia, urządzeń ochronnych i końcówek kablowych itp. Szafa łączności z siecią zawiera transformator rozdzielczy, główny przełącznik, kontakt łączności z siecią, kontakt strony sieci, główny bezpiecznik i rezystor wstępnej ładowania itp.

-- Szafa modułów mocy to główna część odpowiedzialna za dokonanie konwersji prądu. Ponadto, istnieją trzy jednostki mocy zarówno po stronie sieci, jak i generatora. Każda z nich integruje IGBT, płytę sterującą, chłodnicę, kondensator DC, kondensator absorpcyjny, rezystor pomiarowy temperatury itp. Szafa modułów mocy zawiera również laminowaną szynę DC, reaktor strony sieci, reaktor strony mostu, reaktor strony generatora, rezystory i kondensatory filtrujące strony sieci i generatora, duże i małe wentylatory, grzałkę itp.

• Część główna

Część główna systemu konwertera składa się z modułów mocy, systemu filtracji, systemu kontroli temperatury, systemu wstępnej ładowania, jednostki LVRT (Low Voltage Ride Through) i systemu rozdziału itp.

-- Moduł mocy składa się z IGBT i jego napędu, ochrony, akcesoriów chłodzących. W jednym systemie konwertera znajduje się sześć grup modułów mocy, które są połączone laminowaną szyną DC.

-- System filtracji składa się z filtra LCL strony sieci i filtra du/dt strony generatora. Filtr LCL strony sieci może efektywnie filtrować wysokoczęstotliwościowe harmoniki z konwertera do sieci. Filtr du/dt, wraz z reaktorem duszeniowym strony generatora, może tłumić szczyty napięcia i szybkie przejścia napięcia elementów izolacyjnych rotora.

-- System kontroli temperatury dostosowuje temperaturę wewnątrz szafy do zakresu normalnego poprzez ogrzewanie i chłodzenie, gdzie ogrzewanie odbywa się za pomocą grzałki wewnątrz szafy, a chłodzenie poprzez system wentylacji.

-- System wstępnej ładowania służy do podniesienia napięcia DC kondensatora do określonej amplitudy przed uruchomieniem konwertera. Dzięki temu można zmniejszyć impuls prądu podczas uruchamiania konwertera.

-- Jednostka LVRT chroni elementy półprzewodnikowe strony generatora w przypadku awarii pracy, awarii linii lub przetarcia rotora. Dzięki jednostce LVRT, system konwertera może dostarczać prąd do sieci nawet w przypadku awarii sieci, umożliwiając przejście przez niskie napięcie.

-- System rozdziału mocy zapewnia nieprzerwane zasilanie dla każdego aktywnego urządzenia konwertera.

• System sterowania i ochrony

System sterowania i ochrony to mózg systemu konwertera podwójnie zasilanego, który znacząco wpływa na wydajność konwertera. System sterowania i ochrony wykonuje głównie następujące funkcje:

-- Funkcje sterujące: sterowanie stroną sieci, sterowanie stroną generatora i sterowanie LVRT.

-- Funkcje ochronne: ochrona przeciw przepuszczalności prądu strony sieci i generatora, ochrona przeciw niskiemu i wysokiemu napięciu strony sieci i generatora, ochrona przeciw nadmiernemu prądowi sekwencji ujemnej strony sieci i generatora, ochrona przeciw niskiemu i wysokiemu napięciu szyny DC, ochrona przeciw przegrzaniu strony sieci i generatora, ochrona przeciw nadmiernej prędkości obrotowej generatora.

Cechy

• Szybkie możliwości reakcji i wysoka precyzja sterowania;

• Kompleksowa funkcja rejestracji awarii zgodna ze standardem IEEE COMTRADE;

• Wysoce niezawodny i elastyczny zintegrowany system ochrony;

• Strategia sterowania łącznością z siecią oparta na samoadaptacyjnym pozycjonowaniu rotora, która może realizować "zero" impulsową synchronizację z siecią;

• Fotokodery, które wykorzystują tryb resetowania oprogramowania, mogą poprawić dokładność i niezawodność pobierania prędkości obrotowej silnika;

• Strategie sterowania przejściem przez wysokie i niskie napięcia są używane do zagwarantowania zdolności przejścia przez awarie konwertera;

• Strategia supresji harmonicznych i strategia kompensacji martwej strefy są stosowane, aby skutecznie zapewnić jakość energii dostarczanej z konwertera do sieci;

• Kompatybilność z różnymi przemysłowymi interfejsami komunikacji polowej, takimi jak CANopen i Profibus;

• Identyczne moduły mostu konwertera IGBT są połączone równolegle, co ułatwia montaż i demontaż każdego modułu mocy;

• Starannie zaprojektowany system filtrujący i strategia hamowania harmonicznych zapewniają wyższą jakość energii dostarczanej do sieci;

• Ten produkt może znieść wysokie i niskie temperatury oraz wysoką wilgotność. Wszystkie płyty obwodowe są wyposażone w powłokę antykorozyjną, a wszystkie szafy mają bardzo wysoką klasę ochrony.