Sistema di conversione dell'energia eolica Soluzione

I metodi di controllo della generazione eolica sono evoluti da semplici controlli di stallo a passo costante a controlli a passo e velocità variabili completi. Attualmente, il sistema convertitore doppio alimentazione con controllo a velocità variabile e frequenza costante è ampiamente utilizzato nel mercato della generazione eolica.

Principio di funzionamento

Il rotore viene eccitato da due convertitori VSC (Voltage Source Converter) collegati in configurazione back-to-back con PWM (Pulse Width Modulation). Questa disposizione viene rispettivamente chiamata convertitore lato generatore e convertitore lato rete. I convertitori doppio PWM forniscono corrente di eccitazione al rotore per realizzare la massima cattura dell'energia eolica e l'adattamento dell'uscita di potenza reattiva statica. Quando la turbina opera a una velocità sub-sincrona, l'energia viene alimentata al rotore e il convertitore lato rete funziona come un rettificatore, mentre il convertitore lato rotore funziona come un inversore, fornendo la corrente di eccitazione alla turbina. Quando la turbina opera a una velocità super-sincrona, sia lo statore che il rotore possono alimentare energia alla rete. Se la turbina opera in stato sincrono, il generatore funziona come un motore sincrono e il sistema convertitore fornisce eccitazione continua al rotore.

Il convertitore lato rete e il convertitore lato generatore sono controllati da due unità di controllo. L'unità di controllo lato rete viene utilizzata per mantenere la stabilità della tensione della barra continua e assicurare un'onda di corrente di ingresso di alta qualità e un fattore di potenza unitario. L'unità di controllo lato generatore viene utilizzata per controllare la corrente di rotore, la coppia e i componenti di eccitazione di un motore doppio alimentato per regolare la sua uscita di potenza attiva e reattiva, e per tracciare gli ordini di potenza attiva e reattiva. In questo modo, il motore doppio alimentato può operare sulla curva di potenza ottimale della turbina eolica per realizzare la massima cattura dell'energia eolica.

Configurazione del sistema

• Disposizione dei quadri

Il sistema convertitore doppio alimentato Rockwill è progettato specificamente per turbine eoliche doppio alimentate. È composto da un quadro di interconnessione/controllo (1200mm*800mm*2200mm, classe di protezione IP54) e un quadro di moduli di potenza (1200mm*800mm*2200mm, classe di protezione IP23).

-- Il sistema di interconnessione/controllo è diviso in due quadri isolati, ovvero il quadro di controllo e il quadro di interconnessione. Il quadro di controllo è composto da controller, UPS, interruttori automatici a bassa tensione, dispositivi di protezione e terminali di cablaggio, ecc. Il quadro di interconnessione incorpora un trasformatore di distribuzione, interruttore principale, contattore di interconnessione, contattore lato rete, fusibile principale e resistenza di pre-carica, ecc.

-- Il quadro di moduli di potenza è la parte principale per realizzare la conversione di corrente. Inoltre, ci sono tre unità di potenza su entrambi i lati rete e generatore. Ognuna integra IGBT, scheda di pilotaggio, dissipatore, condensatore DC, capacità di assorbimento, resistenza di misura della temperatura, ecc. Il quadro di moduli di potenza include anche busbar stratificato, reattore lato rete, reattore lato braccio, reattore lato generatore, resistenze e condensatori di filtro lato rete e generatore, grandi e piccoli ventilatori, riscaldatore, ecc.

• Parte primaria

La parte primaria del sistema convertitore è composta da moduli di potenza, sistema di filtraggio, sistema di controllo della temperatura, sistema di pre-carica, unità LVRT (Low Voltage Ride Through) e sistema di distribuzione, ecc.

-- Il modulo di potenza è composto da IGBT e dai suoi accessori di pilotaggio, protezione e dissipazione termica. In un sistema convertitore, include sei gruppi di moduli di potenza, collegati tramite busbar DC stratificato.

-- Il sistema di filtraggio è composto dal filtro LCL lato rete e dal filtro du/dt lato generatore. Il filtro LCL lato rete può filtrare efficacemente le armoniche ad alta frequenza dal convertitore alla rete. Il filtro du/dt, insieme al reattore di strozzatura lato generatore, può sopprimere il picco di tensione e la tensione transitoria rapida dei componenti isolanti del rotore.

-- Il sistema di controllo della temperatura regola la temperatura all'interno del quadro affinché rimanga all'interno del range normale attraverso il riscaldamento e il raffreddamento, il riscaldamento viene eseguito dal riscaldatore all'interno del quadro e il raffreddamento viene eseguito dal sistema di raffreddamento a ventilazione.

-- Il sistema di pre-carica viene utilizzato per portare la tensione continua del condensatore DC ad un certo livello prima dell'avvio del convertitore. In questo modo, si può ridurre l'impulso di corrente durante l'avvio del convertitore.

-- L'unità LVRT può proteggere i dispositivi semiconduttori lato generatore in caso di guasto operativo, guasto di linea o sovratensione del rotore. E grazie all'unità LVRT, il sistema convertitore può fornire corrente alla rete anche in caso di guasto di rete, consentendo così il passaggio a bassa tensione.

-- Il sistema di distribuzione di potenza fornisce alimentazione ininterrotta per ogni dispositivo attivo del convertitore.

• Sistema di controllo e protezione

Il sistema di controllo e protezione è il cervello del sistema convertitore doppio alimentato, influisce significativamente sulle prestazioni del convertitore. Il sistema di controllo e protezione svolge principalmente le seguenti funzioni:

-- Funzioni di controllo: controllo lato rete, controllo lato generatore e controllo LVRT.

-- Funzioni di protezione: protezione contro la sovratensione e la sotto-tensione del convertitore lato rete e lato generatore, protezione contro la sovratensione e la sotto-tensione del busbar DC, protezione contro la sovratensione del generatore, protezione contro la sovratensione e la sotto-tensione del convertitore lato rete e lato generatore, protezione contro la sovratensione e la sotto-tensione del busbar DC, protezione contro la sovratemperatura del convertitore lato rete e lato generatore, protezione contro la sovrasalita del generatore.

Caratteristiche

• Capacità di risposta rapida e alta precisione di controllo;

• Funzione completa di registrazione dei guasti conforme al formato IEEE COMTRADE;

• Sistema di protezione integrato altamente affidabile e flessibile;

• Strategia di controllo di interconnessione basata sulla posizionamento auto-adattivo del rotore che può realizzare la sincronizzazione a "zero" impulso con la rete;

• Codificatore foto-elettrico, che adotta la modalità di reset software, può migliorare l'accuratezza e l'affidabilità dell'acquisizione della velocità di rotazione del motore;

• Le strategie di controllo di passaggio a bassa e alta tensione vengono utilizzate per garantire la capacità di passaggio ai guasti del convertitore;

• La strategia di controllo di soppressione delle armoniche e la strategia di compensazione della zona morta vengono adottate per garantire efficacemente la qualità dell'energia erogata dal convertitore alla rete;

• Compatibile con varie interfacce di comunicazione a campo industriale, come CANopen e Profibus;

• I moduli di ponte convertitore IGBT identici sono collegati in parallelo, e l'installazione e la rimozione di ogni modulo di potenza è resa conveniente;

• Un sistema di filtraggio elaboratamente progettato e una strategia di controllo di restrizione delle armoniche garantiscono la qualità superiore dell'energia erogata alla rete;

• Questo prodotto può resistere a temperature elevate/basse e ad alta umidità. Tutte le schede sono dotate di rivestimento anticorrosione e tutti i quadri hanno una classe di protezione molto elevata.