Jako podstawowe urządzenie do konwersji energii w systemie energii wiatrowej, zasadę techniczną falownika turbiny wiatrowej można podsumować w następujący sposób:
1、 Podstawy konwersji energii elektrycznej: Prostowanie i falownik
Proces naprawy
Pierwotna energia elektryczna wytwarzana przez turbiny wiatrowe to prąd przemienny, ale częstotliwość i napięcie zmieniają się wraz z prędkością wiatru (przesunięcie częstotliwości ± 5 Hz, oscylacja napięcia 30%). Falownik najpierw przekształca prąd przemienny na prąd stały za pomocą niekontrolowanego mostka prostowniczego (takiego jak trójfazowy obwód mostkowy złożony z IGBT lub tyrystora). Podczas tego procesu grupa kondensatorów DC działa jako bufor pochłaniający wahania energii i utrzymujący stabilne napięcie szyny DC (np. około 1100 V).
Stopień inwertera
Prąd stały musi być dalej przekształcany w prąd przemienny (50/60 Hz) zsynchronizowany z siecią energetyczną. Falownik tnie prąd stały na sekwencje impulsów poprzez przełączanie wysokiej częstotliwości półprzewodnikowych urządzeń przełączających (takich jak IGBT), a następnie wygładza je do sinusoidalnego prądu przemiennego poprzez obwody filtrujące (takie jak filtry LC). Kluczowe technologie obejmują:
Adaptacyjna pętla synchronizacji fazowej (APLL): Dzięki dynamicznej korekcie taktowania przełącznika za pomocą procesora DSP, błąd częstotliwości wyjściowej jest kontrolowany w zakresie ± 0,2 Hz, aby zapewnić synchronizację z siecią energetyczną.
Wielopoziomowa struktura topologii: wykorzystanie technologii trójpoziomowej, pięciopoziomowej lub modułowej wielopoziomowej (MMC) w celu redukcji harmonicznych niskiego rzędu (takich jak zmniejszenie zawartości 3. i 5. harmonicznej o ponad 50%), dzięki czemu całkowite zniekształcenia harmoniczne (THD) są mniejsze niż 1,5%, spełniając standardy podłączenia do sieci.
2、 Dwukierunkowe zarządzanie energią (na przykładzie jednostek z podwójnym zasilaniem)
Podwójnie zasilany system generatora indukcyjnego osiąga dwukierunkowy przepływ energii między stojanem a wirnikiem poprzez falownik:
Strona stojana: bezpośrednio podłączona do sieci energetycznej, wytwarzająca energię o częstotliwości zasilania i obsługująca regulację mocy biernej ± 30% w celu stabilizacji napięcia sieciowego.
Po stronie wirnika kąt fazowy prądu wirnika jest regulowany przez falownik w celu osiągnięcia następujących funkcji:
Regulacja stałej częstotliwości przy zmiennej prędkości: Poprzez regulację częstotliwości prądu wzbudzenia wirnika, gdy zmienia się prędkość wiatru, częstotliwość wyjściowa stojana jest utrzymywana na stałym poziomie.
Śledzenie punktu mocy maksymalnej (MPPT): Optymalizacja wydajności przechwytywania energii wiatru w zakresie prędkości ± 30%.
Low voltage ride through (LVRT): Reaguje i utrzymuje połączenie z siecią w ciągu 150 ms, gdy napięcie sieci spadnie do 0,6pu (wartość nominalna 60%), unikając załamania sieci spowodowanego odłączeniem.
3、 Technologia modularyzacji i przechodzenia przez błędy
Architektura modułowa 1+X
Podstawowa jednostka ma moc 1,5 MW, którą można rozszerzyć do 8 MW poprzez równoległe połączenie, wspierając stopniową budowę i elastyczną rozbudowę. Na przykład, jednostka Zhangbei 8MW przyjmuje tę architekturę, aby osiągnąć równoważne pełne obciążenie 2860 godzin rocznie, przy wskaźniku awaryjności wynoszącym zaledwie 0,3 razy w roku.
Zdolność przekraczania usterek
Redundancja sprzętowa: Kluczowe komponenty, takie jak IGBT i kondensatory, są zabezpieczone w trybie N+1, aby zwiększyć niezawodność systemu.
Szybki mechanizm zabezpieczający: W przypadku przepięcia, przetężenia, przegrzania i innych usterek, obwód jest odcinany w ciągu 10 μs, aby chronić bezpieczeństwo sprzętu.
4、 Tłumienie harmonicznych i optymalizacja jakości zasilania
Kontrola źródła
Optymalizacja struktury topologii: Wykorzystanie wielopoziomowych falowników w celu redukcji harmonicznych niskiego rzędu.
Ulepszenie algorytmów sterowania, takich jak sterowanie rezonansem proporcjonalnym (PR), sterowanie powtarzalne i sterowanie predykcyjne modelu (MPC) w celu dokładnego tłumienia prądów harmonicznych.
Proaktywne zarządzanie
Aktywny filtr zasilania (APF): Wykrywanie i kompensacja prądów harmonicznych w czasie rzeczywistym, czas reakcji ≤ 200 μs, obejmujący od 2. do 50. harmonicznej.
Statyczny generator wariacyjny (SVG): dynamicznie kompensuje moc bierną, jednocześnie tłumiąc harmoniczne od 2 do 19.
Ochrona pasywna
Filtr pasywny LC: zaprojektowany dla określonych częstotliwości harmonicznych (takich jak 3. i 5.) w celu pochłaniania prądów harmonicznych.
Transformator izolacyjny: zastosowanie okablowania Δ/Y lub Y/Δ do tłumienia 3. i wielokrotności 3. harmonicznej.
5、 Specjalna technologia adaptacji do środowiska
Ochrona środowiska przed mgłą solną
W przypadku projektu strefy międzypływowej Rudong, falownik przeszedł certyfikację antykorozyjną C5M, z powłoką ze stali nierdzewnej i trzema powłokami (odporną na wilgoć, pleśń i mgłę solną) i może pracować stabilnie przez ponad 20000 godzin w środowisku mgły solnej.
Adaptacja do dużych wysokości i niskich temperatur
Falownik do pracy na dużych wysokościach: przystosowany do pracy na dużych wysokościach i w warunkach niskiego ciśnienia dzięki ulepszonej konstrukcji rozpraszania ciepła (np. układ chłodzenia cieczą) i funkcji rozruchu w niskiej temperaturze (np. rozruch w temperaturze -40 ℃).
Falownik niskotemperaturowy: wykorzystanie modułów grzewczych i smaru niskotemperaturowego w celu zapewnienia normalnej pracy w środowisku -30 ℃.
6、 Inteligentne sterowanie i technologia operacyjna
Inteligentny system monitorowania
Monitorowanie w czasie rzeczywistym stanu pracy falownika (takiego jak temperatura, napięcie, prąd) za pomocą czujników, w połączeniu z analizą dużych zbiorów danych w celu przewidywania usterek, wczesnego ostrzegania i optymalizacji parametrów pracy.
Platforma zdalnej obsługi i konserwacji
Obsługa zdalnej konfiguracji parametrów, aktualizacji oprogramowania i diagnostyki usterek w celu zmniejszenia wymagań dotyczących konserwacji na miejscu. Na przykład platforma iSolarCloud firmy Sunac umożliwia scentralizowane zarządzanie falownikami na całym świecie.
