Como dispositivo central de conversión de energía del sistema eólico, el principio técnico del inversor eólico puede resumirse en los siguientes eslabones clave:
1、 Fundamentos de la conversión de la energía eléctrica: Rectificación e inversor
Proceso de rectificación
La energía eléctrica original producida por los aerogeneradores es corriente alterna, pero la frecuencia y la tensión fluctúan con la velocidad del viento (desviación de frecuencia de ± 5 Hz, oscilación de tensión de 30%). El inversor convierte primero la energía de CA en energía de CC a través de un puente rectificador incontrolable (como un circuito de puente trifásico compuesto de IGBT o tiristor). Durante este proceso, el grupo de condensadores de CC actúa como amortiguador para absorber las fluctuaciones de energía y mantener estable la tensión del bus de CC (por ejemplo, en torno a 1100 V).
Etapa inversora
La corriente continua debe convertirse en corriente alterna (50/60 Hz) sincronizada con la red eléctrica. El inversor corta la corriente continua en secuencias de impulsos mediante acciones de conmutación de alta frecuencia de dispositivos de conmutación semiconductores de potencia (como los IGBT), y luego las suaviza en corriente alterna sinusoidal mediante circuitos de filtrado (como los filtros LC). Las tecnologías clave son:
Bucle de fase bloqueada adaptable (APLL): Al corregir dinámicamente la temporización del interruptor mediante DSP, el error de frecuencia de salida se controla dentro de ± 0,2 Hz para garantizar la sincronización con la red eléctrica.
Estructura de topología multinivel: utilizando tecnología de tres niveles, cinco niveles o multinivel modular (MMC) para reducir los armónicos de bajo orden (como la reducción del contenido de los armónicos 3º y 5º en más de 50%), haciendo que la distorsión armónica total (THD) sea inferior a 1,5%, cumpliendo las normas de conexión a la red.
2、 Gestión bidireccional de la energía (tomando como ejemplo las unidades doblemente alimentadas)
El sistema de generador de inducción doblemente alimentado consigue un flujo de energía bidireccional entre el estator y el rotor a través de un inversor:
Lado del estator: conectado directamente a la red eléctrica, emite energía de frecuencia de potencia y soporta la regulación de potencia reactiva ± 30% para estabilizar la tensión de red.
En el lado del rotor, el ángulo de fase de la corriente del rotor se regula mediante un inversor para lograr las siguientes funciones:
Control de frecuencia constante de velocidad variable: Ajustando la frecuencia de la corriente de excitación del rotor cuando cambia la velocidad del viento, la frecuencia de salida del estator se mantiene constante.
Seguimiento del punto de máxima potencia (MPPT): Optimiza la eficiencia de captura de energía eólica dentro de un rango de velocidad de ± 30%.
Baja tensión (LVRT): Responde y mantiene la conexión a la red en 150 ms cuando la tensión de red cae a 0,6pu (valor nominal 60%), evitando el colapso de la red causado por la desconexión.
3、 Tecnología de modularización y localización de fallos
Arquitectura modular 1+X
La unidad básica es de 1,5 MW, que puede ampliarse hasta 8 MW mediante conexión en paralelo, lo que permite una construcción por fases y una ampliación flexible. Por ejemplo, la unidad de 8 MW de Zhangbei adopta esta arquitectura para alcanzar una carga completa equivalente de 2.860 horas al año, con una tasa de fallos de solo 0,3 veces al año.
Capacidad de cruce de averías
Diseño de redundancia de hardware: Componentes clave como IGBT y condensadores adoptan la copia de seguridad N+1 para mejorar la fiabilidad del sistema.
Mecanismo de protección rápida: En caso de sobrecorriente, sobretensión, sobrecalentamiento y otros fallos, el circuito se corta en 10 μ s para proteger la seguridad del equipo.
4、 Supresión de armónicos y optimización de la calidad de la energía
Control de las fuentes
Optimizar la estructura topológica: Utilice inversores multinivel para reducir los armónicos de bajo orden.
Actualice algoritmos de control como el control proporcional de resonancia (PR), el control repetitivo y el control predictivo de modelos (MPC) para suprimir con precisión las corrientes armónicas.
Gobernanza proactiva
Filtro activo de potencia (APF): Detección y compensación en tiempo real de corrientes armónicas, tiempo de respuesta ≤ 200 μ s, cubriendo del 2º al 50º armónico.
Static Var Generator (SVG): compensa dinámicamente la potencia reactiva suprimiendo los armónicos 2º a 19º.
Protección pasiva
Filtro pasivo LC: diseñado para frecuencias armónicas específicas (como 3ª y 5ª) para absorber corrientes armónicas.
Transformador de aislamiento: mediante cableado Δ/Y o Y/Δ para suprimir el 3er armónico y sus múltiplos.
5、 Tecnología especial de adaptabilidad medioambiental
Protección medioambiental contra la niebla salina
Para el proyecto de la zona intermareal de Rudong, el inversor ha superado la certificación anticorrosión C5M, con una carcasa de acero inoxidable y un revestimiento a tres pruebas (a prueba de humedad, antimoho y anti niebla salina), y puede funcionar de forma estable durante más de 20000 horas en un entorno de niebla salina.
Adaptación a la altitud y a las bajas temperaturas
Inversor de gran altitud: adaptado a entornos de gran altitud y baja presión mediante un diseño mejorado de disipación del calor (como el sistema de refrigeración líquida) y la función de arranque a baja temperatura (como el arranque a -40 ℃).
Inversor de baja temperatura: mediante módulos calefactores y grasa lubricante de baja temperatura para garantizar un funcionamiento normal en un entorno de -30 ℃.
6、 Tecnología de control y operaciones inteligentes
Sistema de vigilancia inteligente
Monitorización en tiempo real del estado de funcionamiento del inversor (como temperatura, tensión, corriente) mediante sensores, combinada con análisis de big data para predecir fallos, proporcionar alertas tempranas y optimizar los parámetros de funcionamiento.
Plataforma de funcionamiento y mantenimiento a distancia
Admite la configuración remota de parámetros, la actualización de software y el diagnóstico de fallos para reducir los requisitos de mantenimiento in situ. Por ejemplo, la plataforma iSolarCloud de Sunac permite la gestión centralizada de inversores en todo el mundo.
