Los métodos de control de generación de energía eólica han evolucionado desde el simple control de pérdida de paso constante hasta el control de velocidad variable y paso variable de pala completa. En la actualidad, el sistema convertidor doblemente alimentado con control de velocidad variable y frecuencia constante es ampliamente utilizado en el mercado de generación de energía eólica.

Principio de operación

El rotor está excitado por dos convertidores VSC conectados espalda con espalda con PWM. Esta disposición se denomina convertidor del lado del generador y convertidor del lado de la red, respectivamente. Los convertidores doblemente PWM suministran corriente de excitación al devanado del rotor para lograr la máxima captura de energía eólica y el ajuste de la salida de potencia reactiva estática. Cuando la turbina funciona a una velocidad subsíncrona, la energía se alimenta al rotor y el convertidor del lado de la red funciona como un rectificador, mientras que el convertidor del lado del rotor funciona como un inversor, proporcionando la corriente de excitación a la turbina. Cuando la turbina opera a una velocidad supersincrónica, el estator y el rotor pueden suministrar energía a la red. Si la turbina opera en estado síncrono, el generador funciona como un motor síncrono y el sistema convertidor proporciona excitación de CC 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 de CC y garantizar una forma de onda de corriente de entrada y un factor de potencia de la unidad de alta calidad. La unidad de control del lado del generador se utiliza para controlar el par de corriente del rotor y los componentes de excitación de un motor doblemente alimentado para ajustar su salida de potencia activa y reactiva, y rastrea el orden de potencia activa y el orden de potencia reactiva. Para que el motor doblemente alimentado pueda funcionar en la curva de potencia óptima de la turbina eólica para lograr la máxima captura de energía eólica.

Configuración del sistema

• Disposición del Gabinete

El sistema convertidor doblemente alimentado de Rockwill está especialmente diseñado para turbinas eólicas doblemente alimentadas. Consiste en un gabinete de interconexión/control de red (1200 mm x 800 mm x 2200 mm, la clase de protección es IP54) y un gabinete de módulo de potencia (1200 mm x 800 mm x 2200 mm, la clase de protección es IP23).

-- El sistema de control/interconexión a la red está dividido en dos gabinetes aislados, que son el gabinete de control y el gabinete de interconexión a la red. El gabinete de control se compone de controlador, UPS, disyuntores de baja tensión, dispositivos de protección y terminales de cableado, etc. El gabinete de interconexión a la red incorpora un transformador de distribución, disyuntor principal, contactor de interconexión a la red, contactor del lado de la red, fusible principal y pre- resistencia de carga, etc

-- El gabinete del módulo de potencia es la parte principal para lograr la conversión de corriente. Además, hay tres unidades de potencia tanto en el lado de la red como en el del generador. Cada uno integra IGBT, placa de accionamiento, radiador, condensador de CC, capacidad de absorción, resistencia de medición de temperatura, etc. El gabinete del módulo de potencia también incluye barra colectora laminada, reactor del lado de la red, reactor del lado del brazo del puente, reactor del lado del generador, resistencia de filtrado del lado de la red y del lado del generador y condensador, ventiladores grandes y pequeños, calentador, etc.

• Parte primaria

La parte principal del sistema convertidor consta de módulos de potencia, sistema de filtrado, sistema de control de temperatura, sistema de precarga, unidad LVRT (Bajo Voltaje Ride Through) y sistema de distribución, etc.

-- El módulo de potencia está compuesto por IGBT y sus accesorios de accionamiento, protección y disipación de calor. En un sistema convertidor, incluye seis grupos de módulos de potencia, que están conectados por la barra colectora de CC laminada.

-- 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 los armónicos de alta frecuencia del convertidor a la red. El filtro du/dt, junto con el reactor de estrangulamiento en el 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 ajusta la temperatura dentro del gabinete dentro del rango normal mediante calentamiento y enfriamiento, el calentamiento lo realiza el calentador dentro del gabinete y el enfriamiento lo realiza el sistema de enfriamiento del ventilador.

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

-- La unidad LVRT puede proteger los dispositivos semiconductores de potencia en el lado del generador en caso de falla de operación, falla de línea o sobretensión del rotor. Y mediante la unidad LVRT, el sistema convertidor puede suministrar corriente a la red incluso en el caso de una falla en la red, logrando así un funcionamiento continuo de bajo voltaje.

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

• Sistema de Control y Protección

El sistema de control y protección es el cerebro del sistema convertidor doblemente alimentado, influye 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 L

Control VRT.

-- Funciones de protección: protección contra sobrecorriente del convertidor del lado de la red y del lado del generador, protección contra subtensión y sobretensión del convertidor del lado de la red y del lado del generador, protección contra sobrecorriente de secuencia negativa del convertidor del lado de la red y del lado del generador, protección contra subtensión y sobretensión de CC embarrado, protección de sobretemperatura del convertidor del lado de la red y del lado del generador, protección de sobrevelocidad del generador.

Características

• Capacidades 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 de red basada en posicionamiento autoadaptativo del rotor que puede realizar sincronización de red de impulso “cero”;

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

• Se utilizan estrategias de control de funcionamiento continuo de alto y bajo voltaje para garantizar la capacidad de funcionamiento continuo en caso de falla del convertidor;

• Se adoptan una estrategia de control de supresión de armónicos y una estrategia de compensación de zona muerta para garantizar de manera efectiva la calidad de la energía entregada desde el convertidor a la red;

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

• Los módulos de puente de convertidores IGBT idénticos se conectan en paralelo, y la instalación y extracción de cada módulo de alimentación es conveniente;

• Un sistema de filtrado elaborado y una estrategia de control de restricción de armónicos garantizan la calidad superior de la energía entregada a la red;

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