EN
Energia wiatrowa jest jedną z najszybciej rozwijających się technologii odnawialnych źródeł energii; jednak ma ona podstawowy problem – nie jest przewidywalna. Napięcie wyjściowe turbiny wiatrowej zmienia się stale w bezpośredniej odpowiedzi na zmiany prędkości wiatru, porywy i turbulencje. Nie jest to dopuszczalne w systemach połączonych z siecią, w których napięcia muszą być utrzymywane w bardzo ścisłych tolerancjach, ani w przypadku niezależnych odbiorników przemysłowych, które mogą ulec uszkodzeniu w wyniku przekroczenia lub niedoboru napięcia. Trójfazowe regulatory napięcia przekształcają niestabilną moc prądu przemiennego pochodzącą z turbiny w stabilną, użyteczną moc, wykonując następujące czynności.
Kompensacja szybkich zmian prędkości wiatru
Prędkość wiatru może ulec zmianie o kilka metrów na sekundę w ciągu kilku sekund; porywy wiatru powodują przyspieszenie wirnika i tym samym wzrost napięcia generatora, natomiast ustępujący wiatr powoduje spadek napięcia. Tak szybko zmieniające się napięcie — w zakresie ±15–30% wartości znamionowej — przekracza możliwości większości urządzeń; pompy, silniki i obwody sterujące mogą wyłączać się lub ulec uszkodzeniu, co prowadzi do niepożądanych zdarzeń. Trójfazowy regulator napięcia przeznaczony do zastosowań w energetyce wiatrowej wykorzystuje szybko działającą technologię regulacji za pomocą tyrystorów (SCR) lub silnika serwonapędowego zmieniającego pozycję uzwojenia wtórnego transformatora, umożliwiając ciągłe monitorowanie napięcia wyjściowego oraz zmianę pozycji uzwojenia wtórnego lub kąta odpalenia w czasie od 20 do 40 milisekund — znacznie szybciej niż odpowiedź mechaniczna turbiny. Gdy prędkość wiatru zmienia się gwałtownie, regulator utrzymuje napięcie w granicach 3–5% wartości zadanej i chroni wrażliwe odbiorniki przed nieuzasadnionymi wyłączeniami, co czyni go odpowiednim do zastosowania w hybrydowych systemach wiatr-diesel lub małych turbinach podłączonych do sieci.
Obsługa niezrównoważonego napięcia wejściowego spowodowanego asymetrią turbiny
Trójfazowe generatory turbin wiatrowych (szczególnie z magnesami trwałymi) zwykle nie wytwarzają idealnie zrównoważonego napięcia; niezrównoważenie, które może wynosić od 5 do 15% między fazami i jest spowodowane asymetrią łopatek, nieprawidłowym ustawieniem kierunku wiatru (yaw) lub częściowym zacienieniem wirnika, prowadzi do przegrzewania się trójfazowych silników, obniżenia sprawności prostownika oraz generowania prądów harmonicznych. Trójfazowy regulator napięcia zapewnia niezależną kontrolę każdej fazy; system reguluje poszczególne fazy indywidualnie, kompensując niezrównoważenie poprzez osobne podwyższanie lub obniżanie napięcia na każdej linii. Niezrównoważenie w zakresie 5–15% można zmniejszyć do 1–2% na wyjściu regulatora. W przypadku turbin wiatrowych zasilających odbiorniki trójfazowe, takie jak pompy wody, sprężarki lub ładowarki akumulatorów, niepożądane jest, aby to niezrównoważenie dotarło do odbiornika i spowodowało uszkodzenie lub degradację sprzętu. Poprawia się współczynnik jakości energii – wartość ta coraz częściej wymagana jest przez przepisy dotyczące sieci elektroenergetycznej.
Ochrona przed zdarzeniami przekroczenia prędkości obrotowej i nadnapięcia
W warunkach burzy, gdy prędkość wiatru przekracza wartość znamionową, napięcie generatora może gwałtownie wzrosnąć do poziomu znacznie przekraczającego wartość znamionową – często do 130–150% napięcia znamionowego. Jeśli taki poziom napięcia utrzymuje się przez dłuższy czas, uszkadza on izolację elektryczną, powoduje nadmierne wzbudzenie transformatorów oraz niszczy wrażliwe obciążenia elektroniczne, takie jak przemienniki częstotliwości lub falowniki. Trójfazowy regulator napięcia zapobiega przekroczeniom napięcia spowodowanym nadmierną prędkością obrotową, ograniczając napięcie wyjściowe. W trakcie takiego zdarzenia monitorowane jest napięcie wejściowe; gdy przekroczy ono ustalone granice (zwykle 110–115% wartości znamionowej), napięcie wyjściowe jest obniżane do niższego stopnia uzwojenia (tzw. tapu), a w skrajnych przypadkach urządzenie jest odłączone od obciążenia za pomocą wewnętrznego stycznika obejściowego. Niektóre jednostki wysyłają sygnał do sterownika turbiny wiatrowej, aby uruchomić hamowanie turbiny lub kontrolę kąta natarcia łopat, zapobiegając w ten sposób katastrofalnemu uszkodzeniu sprzętu w warunkach burzy lub w przypadku np. awarii sieci, uniemożliwiającej oddawanie generowanej mocy.
Wygładzanie wyjścia do ładowania akumulatora i wejścia falownika
W zastosowaniach pozamacierzowych bank akumulatorów jest często ładowany z turbiny wiatrowej lub energia jest kierowana do falownika zasilającego odbiorniki prądu przemiennego; zarówno ładowanie akumulatorów, jak i wejścia falownika wymagają stabilnych poziomów napięcia. W przypadku podwyższonych napięć występujących podczas ładowania przepływają nadmiernie wysokie prądy ładowania, powodując wydzielanie się gazów z akumulatorów i skracając ich żywotność. Wejścia falownika są bardzo wrażliwe na tętnienia napięcia, generując prądy harmoniczne, które obniżają sprawność energetyczną. Umieszczenie trójfazowego regulatora napięcia pomiędzy turbiną a ładowarką akumulatorów lub falownikiem pozwala na kondycjonowanie wyjściowego sygnału turbiny. W przypadku obciążenia napędzanego przez falownik oznacza to znacznie czystsze fale sinusoidalne i niższe składowe harmoniczne. Tętnienia na wyjściu są redukowane o czynnik od 5 do 10. Oznacza to, że przy niskich prędkościach wiatru akumulator jest zasilany napięciem ładowania wymaganym do jego prawidłowego działania, co przedłuża jego żywotność o 20–30% w porównaniu do bezpośredniego połączenia z turbiną. Zintegrowana została również funkcja ochrony przed rozładowaniem akumulatora przy niskim napięciu, zapobiegająca nadmiernemu rozładowaniu akumulatora w okresach bezwietrza.
Dostarczamy trójfazowe regulatory napięcia, które kompensują szybkie zmiany prędkości wiatru, radzą sobie z niestabilnym napięciem wejściowym wynikającym z asymetrii turbiny, chronią przed przekroczeniem prędkości obrotowej oraz nadmiernym napięciem oraz zapewniają wygładzenie napięcia wyjściowego akumulatorów i wejść falowników. Posiadamy ponad 20-letnie doświadczenie oraz ponad 50 000 metrów kwadratowych powierzchni produkcyjnej, a także własne projekty komponentów, prawa własności intelektualnej oraz pełnimy rolę twórcy norm krajowych dla tej branży; dostarczamy trójfazowe regulatory napięcia, aby zapewnić użyteczność i niezawodność energii wiatrowej.