En tant que dispositif central de conversion d'énergie du système éolien, le principe technique de l'onduleur de l'éolienne peut être résumé par les liens clés suivants :
1、 Principes de base de la conversion de l'énergie électrique : Rectification et onduleur
Processus de rectification
L'énergie électrique originale produite par les éoliennes est du courant alternatif, mais la fréquence et la tension fluctuent en fonction de la vitesse du vent (décalage de fréquence de ± 5 Hz, oscillation de tension de 30%). L'onduleur convertit d'abord le courant alternatif en courant continu par l'intermédiaire d'un pont redresseur incontrôlable (tel qu'un circuit de pont triphasé composé d'IGBT ou de thyristor). Au cours de ce processus, le groupe de condensateurs CC agit comme un tampon pour absorber les fluctuations d'énergie et maintenir une tension de bus CC stable (par exemple autour de 1100V).
Etage de l'onduleur
Le courant continu doit ensuite être converti en courant alternatif (50/60 Hz) synchronisé avec le réseau électrique. L'onduleur coupe le courant continu en séquences d'impulsions grâce aux actions de commutation à haute fréquence des dispositifs de commutation à semi-conducteurs de puissance (tels que les IGBT), puis les lisse en courant alternatif sinusoïdal grâce à des circuits de filtrage (tels que les filtres LC). Les technologies clés sont les suivantes :
Boucle adaptative à verrouillage de phase (APLL) : En corrigeant dynamiquement la synchronisation des commutateurs par DSP, l'erreur de fréquence de sortie est contrôlée à ± 0,2 Hz pour assurer la synchronisation avec le réseau électrique.
Structure topologique multiniveau : utilisation de la technologie multiniveau à trois niveaux, à cinq niveaux ou modulaire (MMC) pour réduire les harmoniques de bas niveau (comme la réduction du contenu des 3e et 5e harmoniques de plus de 50%), ce qui rend la distorsion harmonique totale (THD) inférieure à 1,5%, répondant ainsi aux normes de connexion au réseau.
2、 Gestion bidirectionnelle de l'énergie (en prenant l'exemple des unités doublement alimentées)
Le système de générateur à induction doublement alimenté réalise un flux d'énergie bidirectionnel entre le stator et le rotor par l'intermédiaire d'un onduleur :
Côté stator : directement connecté au réseau électrique, il émet de l'énergie de fréquence de puissance et prend en charge la régulation de la puissance réactive ± 30% pour stabiliser la tension du réseau.
Du côté du rotor, l'angle de phase du courant du rotor est régulé par un onduleur pour réaliser les fonctions suivantes :
Contrôle de la vitesse variable et de la fréquence constante : En ajustant la fréquence du courant d'excitation du rotor lorsque la vitesse du vent varie, la fréquence de sortie du stator est maintenue constante.
Suivi du point de puissance maximale (MPPT) : optimise l'efficacité de la capture de l'énergie éolienne dans une plage de vitesse de ± 30%.
Fonctionnement à basse tension (LVRT) : Répond et maintient la connexion au réseau dans les 150 ms lorsque la tension du réseau chute à 0,6pu (valeur nominale 60%), évitant ainsi l'effondrement du réseau causé par la déconnexion.
3、 Modularisation et technologie de traversée des failles
Architecture modulaire 1+X
L'unité de base est de 1,5 MW et peut être étendue à 8 MW par connexion parallèle, ce qui permet une construction par étapes et une expansion flexible. Par exemple, l'unité de 8 MW de Zhangbei adopte cette architecture pour atteindre une pleine charge équivalente de 2860 heures par an, avec un taux de défaillance de seulement 0,3 fois par an.
Capacité de franchissement des fautes
Conception de la redondance du matériel : Les composants clés tels que l'IGBT et les condensateurs adoptent une sauvegarde N+1 pour améliorer la fiabilité du système.
Mécanisme de protection rapide : en cas de surintensité, de surtension, de surchauffe et d'autres défauts, le circuit est coupé dans les 10 μ s pour protéger la sécurité de l'équipement.
4、 Suppression des harmoniques et optimisation de la qualité de l'énergie
Contrôle des sources
Optimiser la structure de la topologie : Utiliser des onduleurs multiniveaux pour réduire les harmoniques de bas niveau.
Améliorer les algorithmes de contrôle tels que le contrôle par résonance proportionnelle (PR), le contrôle répétitif et le contrôle prédictif par modèle (MPC) pour supprimer avec précision les courants harmoniques.
Gouvernance proactive
Filtre actif de puissance (APF) : Détection et compensation en temps réel des courants harmoniques, temps de réponse ≤ 200 μ s, couvrant les harmoniques 2 à 50.
Générateur statique de var (SVG) : compense dynamiquement la puissance réactive tout en supprimant les harmoniques 2 à 19.
Protection passive
Filtre passif LC : conçu pour des fréquences harmoniques spécifiques (telles que la 3e et la 5e) afin d'absorber les courants harmoniques.
Transformateur d'isolement : en utilisant le câblage Δ/Y ou Y/Δ pour supprimer la 3e et les multiples de la 3e harmonique.
5、 Technologie spéciale d'adaptation à l'environnement
Protection de l'environnement contre le brouillard salin
Pour le projet de zone intertidale de Rudong, l'onduleur a obtenu la certification anti-corrosion C5M, avec une coque en acier inoxydable et un revêtement à trois épreuves (résistant à l'humidité, à la moisissure et au brouillard salin), et peut fonctionner de manière stable pendant plus de 2 000 heures dans un environnement de brouillard salin.
Adaptation à la haute altitude et aux basses températures
Onduleur haute altitude : adapté aux environnements de haute altitude et de basse pression grâce à une conception améliorée de la dissipation de la chaleur (comme le système de refroidissement par liquide) et à une fonction de démarrage à basse température (comme le démarrage à -40 ℃).
Onduleur basse température : utilisation de modules chauffants et de graisse lubrifiante basse température pour assurer un fonctionnement normal dans un environnement de -30 ℃.
6、 Technologie de contrôle et d'exploitation intelligents
Système de surveillance intelligent
Surveillance en temps réel de l'état de fonctionnement de l'onduleur (température, tension, courant) grâce à des capteurs, combinée à l'analyse des données (big data) pour prédire les pannes, fournir une alerte précoce et optimiser les paramètres de fonctionnement.
Plate-forme de téléopération et de télémaintenance
Prendre en charge la configuration des paramètres à distance, la mise à jour du logiciel et le diagnostic des pannes pour réduire les besoins de maintenance sur site. Par exemple, la plateforme iSolarCloud de Sunac permet une gestion centralisée des onduleurs dans le monde entier.
