Solução de Sistema Conversor de Energia Eólica

Os métodos de controlo da geração de energia eólica evoluíram de um simples controlo de passo constante para um controlo de passo variável e velocidade variável total. Atualmente, o sistema de conversor duplamente alimentado com controlo de velocidade variável e frequência constante é amplamente utilizado no mercado de geração de energia eólica.

Princípio de Funcionamento

O rotor é excitado por dois conversores VSC (conversores de corrente contínua) ligados em cascata com PWM. Esta configuração é referida como conversor do lado do gerador e conversor do lado da rede, respectivamente. Os conversores duplos PWM fornecem corrente de excitação ao enrolamento do rotor para realizar a captura máxima de energia eólica e o ajuste da potência reativa estática. Quando a turbina opera a uma velocidade sub-síncrona, a energia é alimentada no rotor e o conversor do lado da rede funciona como retificador, enquanto o conversor do lado do rotor funciona como inversor, fornecendo a corrente de excitação à turbina. Quando a turbina opera a uma velocidade super-síncrona, tanto o estator quanto o rotor podem fornecer energia à rede. Se a turbina opera em estado síncrono, o gerador funciona como um motor síncrono e o sistema de conversão fornece excitação DC ao rotor.

O conversor do lado da rede e o conversor do lado do gerador são controlados por duas unidades de controlo. A unidade de controlo do lado da rede é usada para manter a estabilidade da tensão da barra DC e garantir uma forma de onda de corrente de entrada de alta qualidade e fator de potência unitário. A unidade de controlo do lado do gerador é usada para controlar a corrente de torque do rotor e os componentes de excitação de um motor duplamente alimentado para ajustar sua potência ativa e reativa, e rastrear a ordem de potência ativa e reativa. Assim, o motor duplamente alimentado pode operar na curva de potência ótima da turbina eólica para realizar a captura máxima de energia eólica.

Configuração do Sistema

• Disposição dos Armários

O sistema de conversor duplamente alimentado Rockwill é especialmente projetado para turbinas eólicas duplamente alimentadas. Ele consiste em um armário de interligação/rede (1200mm*800mm*2200mm, classe de proteção IP54) e um armário de módulo de potência (1200mm*800mm*2200mm, classe de proteção IP23).

-- O sistema de interligação/rede é dividido em dois armários isolados, que são o armário de controlo e o armário de interligação/rede. O armário de controlo é composto por controlador, UPS, disjuntores de baixa tensão, dispositivos de proteção e terminais de ligação, etc. O armário de interligação/rede incorpora um transformador de distribuição, disjuntor principal, contato de interligação/rede, contato do lado da rede, fusível principal e resistor de pré-carga, etc.

-- O armário de módulo de potência é a parte principal para realizar a conversão de corrente. Além disso, existem três unidades de potência em ambos os lados da rede e do gerador. Cada uma integra IGBT, placa de acionamento, dissipador de calor, capacitor DC, capacidade de absorção, resistor de medição de temperatura, etc. O armário de módulo de potência também inclui barramento laminado, reator do lado da rede, reator do lado do braço, reator do lado do gerador, resistores e capacitores de filtragem do lado da rede e do gerador, ventiladores grandes e pequenos, aquecedor, etc.

• Parte Principal

A parte principal do sistema de conversão consiste em módulos de potência, sistema de filtragem, sistema de controlo de temperatura, sistema de pré-carga, unidade LVRT (Low Voltage Ride Through) e sistema de distribuição, etc.

-- O módulo de potência é composto por IGBT e seus acessórios de acionamento, proteção e dissipação de calor. Em um sistema de conversão, ele inclui seis grupos de módulos de potência, que estão conectados pelo barramento DC laminado.

-- O sistema de filtragem consiste em filtro LCL do lado da rede e filtro du/dt do lado do gerador. O filtro LCL do lado da rede pode efetivamente filtrar harmônicos de alta frequência do conversor para a rede. O filtro du/dt, juntamente com o reator de estrangulamento do lado do gerador, pode suprimir o pico de tensão e a tensão transitória rápida dos componentes de isolamento do rotor.

-- O sistema de controlo de temperatura ajusta a temperatura dentro do armário para estar dentro da faixa normal através do aquecimento e resfriamento. O aquecimento é realizado pelo aquecedor dentro do armário e o resfriamento é realizado pelo sistema de ventilação.

-- O sistema de pré-carga é usado para elevar a tensão DC do capacitor DC para uma certa amplitude antes da inicialização do conversor. Dessa forma, ele pode reduzir o impulso de corrente durante a inicialização do conversor.

-- A unidade LVRT pode proteger os dispositivos semicondutores de potência do lado do gerador em caso de falha de operação, falha de linha ou sobretensão do rotor. E, através da unidade LVRT, o sistema de conversão pode fornecer corrente à rede mesmo em caso de falha de rede, alcançando assim a passagem em baixa tensão.

-- O sistema de distribuição de energia fornece alimentação ininterrupta para cada dispositivo ativo do conversor.

• Sistema de Controlo e Proteção

O sistema de controlo e proteção é o cérebro do sistema de conversor duplamente alimentado, influenciando significativamente o desempenho do conversor. O sistema de controlo e proteção realiza principalmente as seguintes funções:

-- Funções de controlo: controlo do lado da rede, controlo do lado do gerador e controlo LVRT.

-- Funções de proteção: proteção contra sobrecorrente do conversor do lado da rede e do gerador, proteção contra sub e sobretensão do conversor do lado da rede e do gerador, proteção contra sobrecorrente de sequência negativa do conversor do lado da rede e do gerador, proteção contra sub e sobretensão da barra DC, proteção contra sobreaquecimento do conversor do lado da rede e do gerador, proteção contra excesso de velocidade do gerador.

Características

• Capacidades de resposta rápida e precisão de controlo elevada;

• Função completa de gravação de falhas conforme formato IEEE COMTRADE;

• Sistema de proteção integrado altamente confiável e flexível;

• Estratégia de controlo de interligação/rede baseada na posição adaptativa do rotor que pode realizar a sincronização com a rede com "zero" impulso;

• Codificador fotoelétrico, que adota o modo de reinicialização de software, pode melhorar a precisão e confiabilidade da aquisição da velocidade de rotação do motor;

• Estratégias de controle de passagem em alta e baixa tensão são utilizadas para garantir a capacidade de passagem de falhas do conversor;

• Estratégia de supressão de harmônicos e estratégia de compensação de zona morta são adotadas para garantir efetivamente a qualidade da energia fornecida pelo conversor à rede;

• Compatível com várias interfaces de comunicação de campo industrial, como CANopen e Profibus;

• Módulos de ponte conversora IGBT idênticos são conectados em paralelo, e a instalação e remoção de cada módulo de potência é facilitada;

• Sistema de filtragem elaboradamente projetado e estratégia de contenção de harmônicos garantem a superior qualidade da energia fornecida à rede;

• Este produto pode suportar altas/baixas temperaturas e alta umidade. Todas as placas de circuito são equipadas com revestimento anticorrosivo e todos os armários têm uma classe de proteção muito alta.