Sistem rešenja za pretvaranje vetrove energije

Metode kontrole generisanja električne energije od vjetra su se razvile od jednostavne konstantne kutne kontrole do kontrole varijabilnog kuta i brzine rotora. Trenutno, sustav dvostruko uhvrštenog pretvarača s varijabilnom brzinom i konstantnom frekvencijom kontrolom široko se koristi na tržištu generiranja električne energije od vjetra.

Princip rada

Rotor se pobuđuje pomoću dva VSC pretvarača vezana nazad sa PWM. Ova konfiguracija se naziva pretvaračem strane generatora i pretvaračem strane mreže. Dvostruki PWM pretvarači snabdevaju rotor strujom pobude kako bi se realizirala maksimalna iskorištavanje vjetra i prilagodbu reaktivne snage. Kada turbine rade na pod-sinkronoj brzini, snaga se prenosi u rotor a pretvarač strane mreže radi kao rektifikator dok pretvarač strane rotora radi kao inverzor, osiguravajući struju pobude za turbinu. Kada turbine rade na nad-sinkronoj brzini, stator i rotor mogu istovremeno prenositi energiju u mrežu. Ako turbine rade u sinkronom stanju, generator radi kao sinkroni motor a pretvarački sustav pruža DC pobudu za rotor.

Pretvarač strane mreže i pretvarač strane generatora upravljaju se dvama kontrolnim jedinicama. Kontrolna jedinica strane mreže koristi se za održavanje stabilnosti DC busbar napona i osiguravanje visokokvalitetne valne oblike ulazne struje i jedinice faktora snage. Kontrolna jedinica strane generatora koristi se za kontrolu torznog toka i pobudnih komponenti dvostruko uhvrštenog motora kako bi se prilagodila njegova aktivna i reaktivna snaga, te pratila naredbe aktivne i reaktivne snage. Time omogućava se da dvostruko uhvršteni motor radi na optimalnoj krivulji snage turbina kako bi se realiziralo maksimalno iskorištavanje vjetra.

Konfiguracija sustava

• Raspoloženje ormara

Rockwill-ov dvostruko uhvršteni pretvarački sustav posebno je dizajniran za dvostruko uhvrštena vjetroelektrana. Sastoji se od ormar za povezivanje s mrežom/kontrolni ormar (1200mm*800mm*2200mm, stupanj zaštite IP54) i ormar za energetski modul (1200mm*800mm*2200mm, stupanj zaštite IP23).

-- Sustav povezivanja s mrežom/kontrola podijeljen je u dva izolirana ormana, koji su kontrolni ormar i ormar za povezivanje s mrežom. Kontrolni ormar sastoji se od kontrolera, UPS-a, niskonaponskih prekidača, uređaja za zaštitu i terminala za spajanje. Ormar za povezivanje s mrežom sadrži distribucijski transformator, glavni prekidač, kontaktor za povezivanje s mrežom, kontaktor strane mreže, glavni prekidnik, i rezistor za predopterećenje.

-- Energetski modulni ormar je glavni dio za ostvarivanje pretvorbe struje. Također, postoje tri energetska jedinice na strani mreže i generatora. Svaki integriše IGBT, pogonsku ploču, hlađivač, DC kondenzator, apsorpcijsku kapacitet, rezistor za mjerenje temperature, itd. Energetski modulni ormar također uključuje slojeve busbara, reactor strane mreže, reactor strane mosta, reactor strane generatora, filtrirajući rezistor i kondenzator strane mreže i generatora, velike i male ventilatore, grejač, itd.

• Glavni dio

Glavni dio pretvaračkog sustava sastoji se od energetskih modula, filtrirajućeg sustava, sustava za kontrolu temperature, sustava za predopterećenje, LVRT (Low Voltage Ride Through) jedinice i distribucijskog sustava, itd.

-- Energetski modul sastoji se od IGBT-a i njegovih pogonskih, zaštitnih, hlađivačkih dodataka. U jednom pretvaračkom sustavu, uključuje šest skupina energetskih modula, koji su povezani slojevitim DC busbarem.

-- Filtrirajući sustav sastoji se od LCL filtera strane mreže i du/dt filtera strane generatora. LCL filter strane mreže može efikasno filtrirati visokofrekventne harmoničke iz pretvarača u mrežu. Du/dt filter, zajedno s zglobnim reaktorom na strani generatora, može smanjiti vrhove napona i brze transijentne naponove rotornih izolacijskih komponenata.

-- Sustav za kontrolu temperature prilagođava temperaturu unutar ormana u normalnom opsegu hlađenjem i zagrijavanjem, zagrijavanje se izvodi unutarnjim grejačem a hlađenje sistemom hlađenja ventilatorima.

-- Sustav za predopterećenje koristi se za povišenje DC napona DC kondenzatora do određene amplitud prije pokretanja pretvarača. Time se može smanjiti impuls struje tijekom pokretanja pretvarača.

-- LVRT jedinica može zaštititi poluvodičke uređaje strane generatora u slučaju operativnog problema, problema linije ili preopterećenja rotora. Pomoću LVRT jedinice, pretvarački sustav može snabdevati strujom mrežu čak i u slučaju problema s mrežom, time ostvarujući prohod kroz niski napon.

-- Sustav za raspodjelu snage pruža neprekidnu snabdevanju svakog aktivnog uređaja pretvarača.

• Kontrolni i zaštitni sustav

Kontrolni i zaštitni sustav su mozak dvostruko uhvrštenog pretvaračkog sustava, znatno utječe na performanse pretvarača. Kontrolni i zaštitni sustav uglavnom obavlja sljedeće funkcije:

-- Kontrolne funkcije: kontrola strane mreže, kontrola strane generatora i kontrola LVRT.

-- Zaštitne funkcije: zaštita od previsoke struje strane mreže i generatora, zaštita od niskog i visokog napona strane mreže i generatora, zaštita od negativnog sekvenca previsoke struje strane mreže i generatora, zaštita od niskog i visokog napona DC busbara, zaštita od previsoke temperature strane mreže i generatora, zaštita od previsoke brzine generatora.

Značajke

• Brza odgovorna sposobnost i visoka preciznost kontrole;

• Potpuna funkcija snimanja grešaka u formatu IEEE COMTRADE;

• Visoko pouzdan i fleksibilan integrirani zaštitni sustav;

• Strategija kontrole povezivanja s mrežom temeljena na samoadaptivnoj poziciji rotora koja može ostvariti "nultu" impulsnost sinkronizacije s mrežom;

• Foto-električni enkoder, koji koristi softverski reset, može poboljšati preciznost i pouzdanost prihvaćanja brzine rotacije motora;

• Strategije kontrole prohođenja kroz visoki i niski napon koriste se kako bi se osigurala sposobnost prohođenja kroz grešku pretvarača;

• Strategija potiskivanja harmonika i strategija kompenzacije mrtve zone koriste se kako bi se efektivno osigurala kvaliteta snage dostavljene pretvaračem u mrežu;

• Kompatibilnost s različitim industrijskim komunikacijskim sučeljima polja, poput CANopen i Profibus;

• Identični IGBT pretvarački mostovi su spojeni paralelno, što olakšava instalaciju i uklanjanje svakog energetskog modula;

• Pažljivo dizajnirani filtrirajući sustav i strategija potiskivanja harmonika osiguravaju superiornu kvalitetu snage dostavljene u mrežu;

• Ovaj proizvod može podnijeti visoke/niske temperature i visoku vlagoču. Sve ploče su opremljene protukorozijskim poklopacima, a svi ormani imaju vrlo visok stupanj zaštite.