Система преобразования энергии ветра

Методы управления ветрогенерацией эволюционировали от простого постоянного шага и стагнации до полного управления шагом и скоростью лопастей. В настоящее время широко используется система двойного питания с переменной скоростью и постоянной частотой в ветроэнергетическом рынке.

Принцип работы

Ротор возбуждается с помощью двух последовательно соединенных инверторов с ШИМ. Такая конфигурация называется соответственно инвертором стороны генератора и инвертором стороны сети. Двойные инверторы с ШИМ подают ток возбуждения на обмотку ротора для максимального захвата энергии ветра и регулирования статической реактивной мощности. При работе турбины на подсинхронной скорости энергия подается в ротор, а инвертор стороны сети работает как выпрямитель, а инвертор стороны ротора — как инвертор, обеспечивая ток возбуждения турбины. При работе турбины на надсинхронной скорости статор и ротор могут оба подавать энергию в сеть. Если турбина работает в синхронном режиме, генератор работает как синхронный двигатель, а система преобразования обеспечивает постоянное возбуждение ротора.

Инвертор стороны сети и инвертор стороны генератора управляются двумя блоками управления. Блок управления стороны сети используется для поддержания стабильности напряжения на постоянной шине и обеспечения высококачественной формы входного тока и единичного коэффициента мощности. Блок управления стороны генератора контролирует ток ротора, момент и компоненты возбуждения двойного питания для регулирования активной и реактивной мощности, а также отслеживает заказы на активную и реактивную мощность. Таким образом, двойной генератор может работать на оптимальной кривой мощности ветрогенератора для максимального захвата энергии ветра.

Конфигурация системы

• Расположение шкафов

Система двойного питания Rockwill специально разработана для ветрогенераторов с двойным питанием. Она состоит из шкафа присоединения к сети / контрольного шкафа (1200 мм * 800 мм * 2200 мм, класс защиты IP54) и шкафа силовых модулей (1200 мм * 800 мм * 2200 мм, класс защиты IP23).

-- Система присоединения к сети / контрольная система разделена на два изолированных шкафа, которые являются контрольным шкафом и шкафом присоединения к сети. Контрольный шкаф состоит из контроллера, ИБП, автоматических выключателей низкого напряжения, устройств защиты и клеммных колодок и т. д. Шкаф присоединения к сети включает в себя распределительный трансформатор, главный автоматический выключатель, контакт присоединения к сети, контакт стороны сети, главный предохранитель и резистор предварительной зарядки и т. д.

-- Шкаф силовых модулей является основной частью для выполнения преобразования тока. Кроме того, на стороне сети и генератора есть три силовых модуля. Каждый из них включает IGBT, плату управления, радиатор, конденсатор постоянного тока, поглощающую емкость, резистор измерения температуры и т. д. Шкаф силовых модулей также включает в себя многослойную шину, реактор стороны сети, реактор стороны мостовой цепи, реактор стороны генератора, фильтрующие резисторы и конденсаторы стороны сети и генератора, большие и малые вентиляторы, нагреватель и т. д.

• Основная часть

Основная часть системы преобразования состоит из силовых модулей, фильтрующей системы, системы контроля температуры, системы предварительной зарядки, блока LVRT (Low Voltage Ride Through) и системы распределения и т. д.

-- Силовой модуль состоит из IGBT и его привода, защиты, теплоотводящих аксессуаров. В одной системе преобразования включено шесть групп силовых модулей, которые соединены многослойной шиной постоянного тока.

-- Фильтрующая система состоит из фильтра LCL стороны сети и фильтра du/dt стороны генератора. Фильтр LCL стороны сети эффективно фильтрует высокочастотные гармоники от преобразователя к сети. Фильтр du/dt, вместе с дроссельным реактором стороны генератора, может подавить пик напряжения и быстрое переходное напряжение роторных изоляционных компонентов.

-- Система контроля температуры регулирует температуру внутри шкафа в нормальном диапазоне путем нагрева и охлаждения, нагрев осуществляется с помощью нагревателя внутри шкафа, а охлаждение — с помощью системы охлаждения вентиляторами.

-- Система предварительной зарядки используется для повышения постоянного напряжения конденсатора постоянного тока до определенной амплитуды перед запуском преобразователя. Тем самым она может снизить импульс тока при запуске преобразователя.

-- Блок LVRT защищает полупроводниковые устройства стороны генератора в случае отказа, линейного отказа или перенапряжения ротора. С помощью блока LVRT система преобразования может подавать ток в сеть даже в случае отказа сети, обеспечивая прохождение через низкое напряжение.

-- Система распределения электроэнергии обеспечивает бесперебойное питание для каждого активного устройства преобразователя.

• Система управления и защиты

Система управления и защиты являются мозгом системы двойного питания, существенно влияющим на производительность преобразователя. Система управления и защиты выполняет следующие основные функции:

-- Управляющие функции: управление стороной сети, управление стороной генератора и управление LVRT.

-- Защитные функции: защита от перегрузки по току на стороне сети и генератора, защита от недостаточного и повышенного напряжения на стороне сети и генератора, защита от отрицательной последовательности перегрузки по току на стороне сети и генератора, защита от недостаточного и повышенного напряжения на постоянной шине, защита от перегрева на стороне сети и генератора, защита от превышения скорости генератора.

Особенности

• Быстрый отклик и высокая точность управления;

• Полная функция записи неисправностей в формате IEEE COMTRADE;

• Высоконадежная и гибкая интегрированная система защиты;

• Стратегия управления присоединением к сети на основе самонастраиваемого позиционирования ротора, обеспечивающая "нулевой" импульс синхронизации с сетью;

• Фотоэлектрический кодер, использующий программный сброс, повышает точность и надежность сбора данных о скорости вращения двигателя;

• Стратегии управления прохождением через высокое и низкое напряжение гарантируют способность преобразователя проходить через неисправности;

• Стратегия подавления гармоник и стратегия компенсации мертвых зон эффективно обеспечивают качество энергии, поставляемой преобразователем в сеть;

• Совместимость с различными промышленными интерфейсами связи, такими как CANopen и Profibus;

• Идентичные модули преобразователей IGBT соединены параллельно, что облегчает установку и демонтаж каждого силового модуля;

• Тщательно разработанная фильтрующая система и стратегия подавления гармоник обеспечивают высокое качество энергии, поставляемой в сеть;

• Этот продукт способен выдерживать высокую и низкую температуру, а также высокую влажность. Все печатные платы оснащены антикоррозийным покрытием, а все шкафы имеют очень высокий класс защиты.