EN
Одной из наиболее быстро растущих технологий возобновляемой энергетики является ветроэнергетика; однако у неё имеется фундаментальная проблема — её невозможно предсказать. Выходное напряжение ветротурбины постоянно изменяется в прямой зависимости от изменений скорости ветра, порывов и турбулентности. Это неприемлемо для систем, подключённых к электросети, где напряжения должны поддерживаться в очень узких допусках, а также для автономных промышленных нагрузок, которые могут быть повреждены при перенапряжении или пониженном напряжении. Трёхфазные регуляторы напряжения преобразуют нестабильную переменную мощность от турбины в стабильную пригодную для использования мощность следующим образом.
Компенсация быстрых изменений скорости ветра
Скорость ветра может изменяться на несколько метров в секунду за доли секунды: порывы ветра приводят к ускорению вращения ротора и, как следствие, к повышению напряжения генератора, а ослабление ветра вызывает просадку напряжения. Такое быстро меняющееся напряжение — в пределах ±15–30 % от номинального значения — выходит за пределы возможностей большинства оборудования; насосы, электродвигатели и схемы управления могут отключаться или выходить из строя, что приводит к нежелательным событиям. Трёхфазный стабилизатор напряжения, предназначенный для применения в ветроэнергетике, использует быстродействующую технологию регулирования с применением тиристоров (SCR) или сервопривода для переключения ответвлений трансформатора, позволяя непрерывно контролировать выходное напряжение и корректировать положение ответвления регулятора или угол открывания тиристоров за 20–40 миллисекунд — значительно быстрее механического отклика ветротурбины. При резких изменениях скорости ветра стабилизатор поддерживает напряжение в пределах 3–5 % от заданного значения и защищает чувствительные нагрузки от ложных отключений при использовании в гибридных ветро-дизельных системах или малых сетевых ветротурбинах.
Обработка несимметричного входного сигнала из-за асимметрии турбины
Трехфазные генераторы ветротурбин (в частности, с постоянными магнитами) обычно не вырабатывают идеально сбалансированное напряжение; дисбаланс, составляющий, возможно, от 5 до 15 % между фазами и вызванный асимметрией лопастей, неправильной ориентацией по направлению ветра (ошибкой установки угла рыскания) или частичным затенением ротора, приводит к перегреву трехфазных двигателей, снижению эффективности выпрямителей и генерации гармонических токов. Трехфазный регулятор напряжения обеспечивает независимое управление каждой фазой: система регулирует три фазы по отдельности, компенсируя дисбаланс путем повышения или понижения напряжения на каждой линии индивидуально. Дисбаланс в диапазоне от 5 до 15 % может быть снижен до 1–2 % на выходе регулятора. Для тех ветротурбин, которые питают трехфазные нагрузки — такие как водяные насосы, компрессоры или зарядные устройства аккумуляторов — недопустимо, чтобы такой дисбаланс достигал нагрузки и приводил к повреждению или деградации оборудования. Показатель качества электроэнергии улучшается; этот параметр всё чаще указывается в нормативных документах сетевых кодов.
Защита от аварийных ситуаций, связанных с превышением скорости вращения и перенапряжением
Во время штормовых условий, когда скорость ветра превышает номинальное значение, напряжение генератора может резко возрасти до уровня, значительно превышающего номинальное значение — зачастую до 130–150 % от номинального напряжения. При длительном воздействии такое напряжение повреждает электрическую изоляцию, вызывает перенапряжение трансформаторов и выводит из строя чувствительные электронные нагрузки, такие как преобразователи частоты или инверторы. Трёхфазный стабилизатор напряжения предотвращает перенапряжение при превышении скорости вращения путём ограничения выходного напряжения. В ходе такого события входное напряжение постоянно контролируется; при его превышении заданных пределов (обычно 110–115 % от номинального значения) выходное напряжение снижается до более низкого значения на понижающем ответвлении или, в крайних случаях, нагрузка полностью отключается с помощью внутреннего байпасного контактора. Некоторые устройства подают сигнал контроллеру ветротурбины для активации тормозной системы или управления углом установки лопастей, что позволяет предотвратить катастрофический отказ оборудования во время шторма или в случае, например, аварии в электросети, когда турбина не может отдать выработанную мощность.
Сглаживание выходного сигнала для зарядки аккумулятора и входа инвертора
Для автономных систем аккумуляторная батарея часто заряжается от ветрогенератора, либо вырабатываемая им мощность подаётся на инвертор, питающий переменным током нагрузки; как для зарядки аккумуляторов, так и для входов инвертора требуются стабильные уровни напряжения. При повышенных напряжениях в процессе зарядки чрезмерные зарядные токи достигают таких высоких значений, что вызывают газовыделение в аккумуляторах и сокращают их срок службы. Входы инверторов чрезвычайно чувствительны к пульсациям напряжения, что приводит к возникновению гармонических токов и снижению эффективности преобразования энергии. Установка трёхфазного стабилизатора напряжения между ветрогенератором и зарядным устройством аккумуляторов или инвертором обеспечивает «кондиционирование» выходного сигнала ветрогенератора. Для нагрузок, питаемых от инвертора, это означает получение значительно более чистой синусоидальной формы напряжения и меньшего уровня гармоник. Пульсации на выходе снижаются в 5–10 раз. Таким образом, при низких скоростях ветра аккумулятор получает необходимое напряжение зарядки, что увеличивает его срок службы на 20–30 % по сравнению с прямым подключением к ветрогенератору. Также предусмотрена защита от отключения при низком напряжении, предотвращающая глубокий разряд аккумулятора в периоды безветрия.
Мы поставляем трехфазные стабилизаторы напряжения, которые компенсируют резкие изменения скорости ветра, справляются с несимметричным входным напряжением, вызванным асимметрией ветротурбины, защищают от превышения скорости и перенапряжения, а также сглаживают выходное напряжение аккумуляторов и входное напряжение инвертеров. Наш опыт работы в этой области превышает 20 лет, площадь наших производственных мощностей составляет более 50 000 квадратных метров; мы самостоятельно разрабатываем компоненты, обладаем правами на интеллектуальную собственность и выступаем разработчиком национальных стандартов для отрасли. Мы поставляем трехфазные стабилизаторы напряжения, обеспечивая пригодность и надежность ветроэнергии.