Sistema de Conversión de Energía Eólica

Los métodos de control de la generación de energía eólica han evolucionado desde un simple control de parada constante de paso hasta un control de velocidad variable y paso variable total. Actualmente, el sistema de conversión de doble alimentación con control de velocidad variable y frecuencia constante se utiliza ampliamente en el mercado de la generación de energía eólica.

Principio de funcionamiento

El rotor se excita mediante dos convertidores VSC conectados en cascada con PWM. Esta disposición se denomina respectivamente convertidor del lado del generador y convertidor del lado de la red. Los convertidores doble PWM suministran corriente de excitación al viento para lograr la máxima captura de energía eólica y el ajuste de la potencia reactiva estática. Cuando la turbina opera a una velocidad sub-sincrónica, se alimenta de energía al rotor y el convertidor del lado de la red funciona como rectificador mientras que el convertidor del lado del rotor funciona como inversor, proporcionando corriente de excitación a la turbina. Cuando la turbina opera a una velocidad super-sincrónica, tanto el estator como el rotor pueden alimentar energía a la red. Si la turbina opera en estado sincrónico, el generador funciona como un motor síncrono y el sistema de conversión proporciona excitación DC al rotor.

El convertidor del lado de la red y el convertidor del lado del generador están controlados por dos unidades de control. La unidad de control del lado de la red se utiliza para mantener la estabilidad del voltaje de la barra colectora DC y garantizar una onda de corriente de entrada de alta calidad y factor de potencia unitario. La unidad de control del lado del generador se utiliza para controlar la corriente de par y los componentes de excitación de un motor de doble alimentación para ajustar su salida de potencia activa y reactiva, y rastrear la orden de potencia activa y reactiva. De esta manera, el motor de doble alimentación puede operar en la curva de potencia óptima de la turbina eólica para lograr la máxima captura de energía eólica.

Configuración del sistema

• Disposición de gabinetes

El sistema de conversión de doble alimentación Rockwill está especialmente diseñado para turbinas eólicas de doble alimentación. Consta de un gabinete de interconexión/control (1200mm*800mm*2200mm, clase de protección IP54) y un gabinete de módulos de potencia (1200mm*800mm*2200mm, clase de protección IP23).

-- El sistema de interconexión/control se divide en dos gabinetes aislados, que son el gabinete de control y el gabinete de interconexión. El gabinete de control está compuesto por controlador, UPS, interruptores de circuito de baja tensión, dispositivos de protección y terminales de conexión, etc. El gabinete de interconexión incorpora un transformador de distribución, interruptor principal, contactor de interconexión, contactor del lado de la red, fusible principal y resistencia de precarga, etc.

-- El gabinete de módulos de potencia es la parte principal para realizar la conversión de corriente. Además, hay tres unidades de potencia en ambos lados, de la red y del generador. Cada una integra IGBT, placa de conducción, disipador de calor, capacitor DC, capacidad de absorción, resistencia de medición de temperatura, etc. El gabinete de módulos de potencia también incluye busbar laminado, reactor del lado de la red, reactor del lado del puente, reactor del lado del generador, resistencia y capacitor de filtrado del lado de la red y del generador, ventiladores grandes y pequeños, calentador, etc.

• Parte primaria

La parte primaria del sistema de conversión consta de módulos de potencia, sistema de filtrado, sistema de control de temperatura, sistema de precarga, unidad LVRT (Low Voltage Ride Through) y sistema de distribución, etc.

-- El módulo de potencia está compuesto por IGBT y sus accesorios de conducción, protección y disipación de calor. En un sistema de conversión, incluye seis grupos de módulos de potencia, que están conectados por el busbar DC laminado.

-- El sistema de filtrado consta de un filtro LCL del lado de la red y un filtro du/dt del lado del generador. El filtro LCL del lado de la red puede filtrar eficazmente armónicos de alta frecuencia del convertidor a la red. El filtro du/dt, junto con el reactor de estrangulamiento del lado del generador, puede suprimir el pico de voltaje y el voltaje transitorio rápido de los componentes aislantes del rotor.

-- El sistema de control de temperatura regula la temperatura dentro del gabinete para mantenerla en el rango normal mediante calefacción y refrigeración, la calefacción se realiza mediante un calentador dentro del gabinete y la refrigeración se realiza mediante el sistema de refrigeración por ventilador.

-- El sistema de precarga se utiliza para elevar el voltaje DC del capacitor DC a cierta amplitud antes del arranque del convertidor. De esta manera, se puede reducir el impulso de corriente durante el arranque del convertidor.

-- La unidad LVRT puede proteger los dispositivos semiconductores de potencia del lado del generador en caso de fallo de operación, fallo de línea o sobretensión del rotor. Y mediante la unidad LVRT, el sistema de conversión puede suministrar corriente a la red incluso en caso de fallo de la red, logrando así el paso bajo tensión.

-- El sistema de distribución de potencia proporciona suministro ininterrumpido de energía para cada dispositivo activo del convertidor.

• Sistema de control y protección

El sistema de control y protección es el cerebro del sistema de conversión de doble alimentación, influyendo significativamente en el rendimiento del convertidor. El sistema de control y protección realiza principalmente las siguientes funciones:

-- Funciones de control: control del lado de la red, control del lado del generador y control LVRT.

-- Funciones de protección: protección contra sobrecorriente del convertidor del lado de la red y del generador, protección contra sub y sobre tensión del convertidor del lado de la red y del generador, protección contra sobrecorriente de secuencia negativa del convertidor del lado de la red y del generador, protección contra sub y sobre tensión de la barra colectora DC, protección contra sobrecalentamiento del convertidor del lado de la red y del generador, protección contra sobrespeed del generador.

Características

• Capacidad de respuesta rápida y alta precisión de control;

• Función completa de registro de fallas conforme al formato IEEE COMTRADE;

• Sistema de protección integrado altamente confiable y flexible;

• Estrategia de control de interconexión basada en la posición autónoma del rotor que puede lograr la sincronización de la red con "cero" impulso;

• Codificador fotoeléctrico, que adopta el modo de reinicio por software, puede mejorar la precisión y confiabilidad de la adquisición de la velocidad de rotación del motor;

• Se utilizan estrategias de control de paso bajo y alto voltaje para garantizar la capacidad de paso de fallas del convertidor;

• Se adoptan estrategias de control de supresión de armónicos y compensación de zona muerta para asegurar eficazmente la calidad de la energía entregada alrededor del convertidor a la red;

• Compatible con diversas interfaces de comunicación de campo industrial, como CANopen y Profibus;

• Módulos de puente de convertidor IGBT idénticos están conectados en paralelo, y la instalación y extracción de cada módulo de potencia es conveniente;

• Un sistema de filtrado cuidadosamente diseñado y una estrategia de control de restricción de armónicos aseguran la excelente calidad de la energía entregada a la red;

• Este producto puede soportar temperaturas altas/bajas y alta humedad. Todas las placas de circuito están equipadas con recubrimiento anticorrosivo y todos los gabinetes tienen una clase de protección muy alta.