Система рішення для конвертора вітрової енергії

Методи керування виробленням електроенергії за допомогою вітрової енергії розвивалися від простого постійного кута установки лопаток до повної змінної кутової установки та змінної швидкості. На даний момент широко використовується система подвійного підсилювача зі змінною швидкістю та постійною частотою у вітровому ринку.

Принцип роботи

Ротор запитується двома імпульсними перетворювачами (VSC) з PWM, які з'єднані назад-до-спини. Це сполучення відоме як генераторний перетворювач та мережевий перетворювач. Подвійні PWM перетворювачі надають струм запиту до обмотки ротора, щоб забезпечити максимальне використання вітрової енергії та регулювання вихідної реактивної потужності. Коли турбина працює на підсинхронній швидкості, енергія підводиться до ротора, а мережевий перетворювач працює як выпрямляч, а роторний перетворювач працює як інвертор, надаючи струм запиту для турбіни. Коли турбина працює на надсинхронній швидкості, статор та ротор можуть обидва підтримувати енергію в мережу. Якщо турбина працює в синхронному стані, генератор працює як синхронний двигун, а система перетворювачів надає DC запит до ротора.

Мережевий перетворювач та генераторний перетворювач керуються двома блоками керування. Блок керування мережевого перетворювача використовується для підтримання стабільності напруги DC-шины та забезпечення високоякісної форми струму та одиничного коефіцієнта мощності. Блок керування генераторного перетворювача використовується для керування струмом ротора, моментом і компонентами запиту подвійного підсилювача, щоб регулювати його активну та реактивну потужність, а також відстежувати порядок активної та реактивної потужності. Таким чином, подвійний підсилювач може працювати на оптимальній кривій потужності вітрової турбіни, щоб забезпечити максимальне використання вітрової енергії.

Конфігурація системи

• Розташування шафи

Система подвійного підсилювача Rockwill спеціально розроблена для вітрових турбін з подвійним підсилювачем. Вона складається з шафи взаємодії з мережею / керування (1200 мм * 800 мм * 2200 мм, клас захисту IP54) та шафи модуля живлення (1200 мм * 800 мм * 2200 мм, клас захисту IP23).

-- Система взаємодії з мережею / керування розділена на дві ізольовані шафи: керуюча шафа та шафа взаємодії з мережею. Керуюча шафа складається з контролера, UPS, низьковольтних автоматів, пристроїв захисту та клемникових колодок тощо. Шафа взаємодії з мережею містить розподільний трансформатор, головний автомат, контактор взаємодії з мережею, контактор сторони мережі, головний предохранитель та резистор передзарядки тощо.

-- Шафа модуля живлення є основною частиною для виконання перетворення струму. Додатково, на обох сторонах мережі та генератора є три модулі живлення. Кожен з них включає IGBT, плату керування, радіатор, DC конденсатор, абсорбційну ємність, температурний резистор тощо. Шафа модуля живлення також містить багатослоївну шину, реактор сторони мережі, реактор сторони містка, реактор сторони генератора, фільтри сторони мережі та генератора, великі та малі вентилятори, нагрівач тощо.

• Основна частина

Основна частина системи перетворювача складається з модулів живлення, системи фільтрації, системи керування температурою, системи передзарядки, блоку LVRT (Low Voltage Ride Through) та системи розподілу тощо.

-- Модуль живлення складається з IGBT та його керування, захисту, приладів теплообміну. У одній системі перетворювача є шість груп модулів живлення, які з'єднуються багатослоївою DC шиною.

-- Система фільтрації складається з фільтра LCL сторони мережі та фільтра du/dt сторони генератора. Фільтр LCL сторони мережі може ефективно фільтрувати високочастотні гармоніки від перетворювача до мережі. Фільтр du/dt разом з реактором задушування на стороні генератора можуть приглушити пікове напругу та швидкі переходні процеси напруги роторних ізоляційних компонентів.

-- Система керування температурою регулює температуру всередині шафи в нормальному діапазоні за допомогою нагріву та охолодження, нагрів виконується внутрішнім нагрівачем, а охолодження - системою вентиляторів.

-- Система передзарядки використовується для підвищення DC напруги конденсатора до певної амплітуди перед запуском перетворювача. Таким чином, вона може знизити імпульс струму під час запуску перетворювача.

-- Блок LVRT може захищати силові напівпровідникові пристрої на стороні генератора у випадку аварійної ситуації, дефекту лінії або перевищення напруги ротора. За допомогою блоку LVRT, система перетворювача може надавати струм до мережі навіть у випадку аварії мережі, таким чином забезпечуючи проходження через низьку напругу.

-- Система розподілу електроенергії забезпечує безперервне живлення для кожного активного пристрою перетворювача.

• Система керування та захисту

Система керування та захисту є мозком системи подвійного підсилювача, вона значно впливає на продуктивність перетворювача. Система керування та захисту виконує наступні основні функції:

-- Функції керування: керування сторони мережі, керування сторони генератора та керування LVRT.

-- Функції захисту: захист від перетеку струму на стороні мережі та генератора, захист від занедбання та перевищення напруги на стороні мережі та генератора, захист від перетеку негативної послідовності на стороні мережі та генератора, захист від занедбання та перевищення напруги DC-шини, захист від перегріву на стороні мережі та генератора, захист від перевищення швидкості генератора.

Особливості

• Швидкість відгуку та висока точність керування;

• Повна функція запису аварій, що відповідає формату IEEE COMTRADE;

• Високонадійна та гнучка інтегрована система захисту;

• Стратегія керування взаємодією з мережею на основі самоналаштування положення ротора, що дозволяє реалізувати "нульовий" імпульс синхронізації з мережею;

• Фотоелектронний кодер, який використовує режим скидання програмного забезпечення, може покращити точність та надійність отримання швидкості обертання двигуна;

• Стратегії керування проходженням через високу та низьку напругу використовуються для забезпечення здатності перетворювача до проходження аварій;

• Стратегії підавлення гармонік та компенсації "мертвої зони" використовуються для ефективного забезпечення якості електроенергії, надісланої від перетворювача до мережі;

• Сумісність з різними інтерфейсами промислового полевого шинного зв'язку, такими як CANopen та Profibus;

• Однакові модулі моста перетворювача IGBT з'єднані паралельно, що робить встановлення та демонтаж кожного модуля живлення зручним;

• Тщательно розроблена система фільтрації та стратегія підтримки гармонік забезпечують високу якість електроенергії, надісланої в мережу;

• Цей продукт може витримувати високі та низькі температури, а також високу вологість. Всі плати оснащені антикорозійним покриттям, а всі шафи мають дуже високий клас захисту.