Оффшорные ветровые фермы
Спрос на власть растет с каждым днем. Единственным решением для этого является использование возобновляемых источников энергии, таких как ветер, солнечная энергия, вода и т. Д. Среди этого ветра может вырабатываться большое количество энергии.
Технология HVDC VSC для применения в оффшорных ветровых электростанциях (на фото: демонстрант HVDC Alstom VSC, Стаффорд, Великобритания).
Поскольку ветряная электростанция требует большого пространства и достаточного количества ветра, очень сложно найти такое место на берегу из-за увеличения потребностей населения и цивилизации в целом.
Это заставляет нас использовать оффшорные ветровые электростанции.
Значительное количество энергии генерируется за счет использования мощности морского ветра. Тем не менее, все еще есть проблемы с приведением власти от оффшорной ветровой электростанции к берегу, а затем к утилитам.
Размер ветряной электростанции колеблется от 400 МВт и 1200 МВт, а расстояние от берега составляет от 50 до 400 км.
технологии
В центре внимания есть три разных технологии, и я буду внимательно изучать третий вариант - HVDC VSC.
- HVAC (высоковольтный AC)
- HVDC LCC (высоковольтный постоянный ток с коммутируемыми линиями)
- HVDC VSC (высоковольтный постоянный ток с преобразователями напряжения)
- HVDC VSC в целом
- HVDC VSC-конвертерная станция
- HVDC VSC Многоуровневая топология преобразователя
- Кабели
- преимущества
- Недостатки
HVDC VSC в целом
Преобразовательная станция HVDC // ABB
Передача HVDC на основе VSC является относительно новой технологией, поскольку она использует IGBT (биполярный транзистор с изолированным затвором). Основными компаниями, которые продвигают HVDC VSC, являются ABB и Siemens. HVDC VSC запрашивается как свет HVDC от ABB и как HVDC Plus от Siemens.
Основными компонентами передачи HVDC VSC для оффшорных ветропарков являются:
- Преобразовательные станции (как на шельфе, так и на суше)
- Кабельная пара (Полимерные экструдированные кабели)
Вернуться к индексу ↑
HVDC VSC-конвертерная станция
Схема преобразовательной станции VSC показана на рисунке ниже. Важным компонентом системы является блок VSC. В этом блоке AC преобразуется в DC и наоборот. Конверсия имеет место.
Он использует IGBT, чтобы он мог достичь высокого уровня конвертируемой мощности благодаря эволюции полупроводниковой технологии. По мере увеличения частоты переключения количество гармоник также уменьшает количество фильтров. Но это увеличивает потери мощности и неэффективность системы.
Трансформатор подключает систему переменного тока к преобразователю, чтобы увеличить напряжение до уровня входной стороны VSC. Трансформатор также обеспечивает реактивное сопротивление между системой переменного тока и системой VSC, так что поток переменного тока с нулевой частотой предотвращается между системой переменного тока и преобразователем.
Схема преобразовательной станции VSC
В обеих сторонах используется множество фильтров, чтобы уменьшить гармоники в системе, чтобы улучшить общую производительность системы.
Где:
- Автоматический выключатель преобразователя VSC
- Системный гармонический фильтр
- Радиочастотная помехозащищенность переменного тока
- Интерфейсный трансформатор
- Соединительный гармонический фильтр
- HF-блокирующий фильтр / фазовый реактор
- Блок VSC
- Конденсатор постоянного тока VSC
- DC-гармонический фильтр
- Фильтрация заземления нейтральной точки
- Реактор постоянного тока
- Реактор с блокировкой общего режима
- Радиочастотная помеха на стороне постоянного тока
- Кабель постоянного или переменного тока
Вспомогательная система электропитания необходима на морской стороне, чтобы обеспечить подачу в систему охлаждения, систему кондиционирования воздуха, контольные и защитные устройства.
Вернуться к индексу ↑
HVDC VSC Многоуровневая топология преобразователя
Электростанция HVDC plus состоит из:
- Газоизолированные распределительные устройства.
- Стандартные трансформаторы переменного тока.
- Системы контроля и защиты.
- Морская система охлаждения воды для морских применений.
- Модульные многоуровневые преобразователи.
Преобразователь HVDC plus состоит из трех фазных блоков. Каждый фазовый блок состоит из двух кронштейнов преобразователя, с преобразовательным модулем и реактором. Каждый преобразовательный модуль состоит из большого количества силовых модулей, соединенных последовательно в основном с IGBT.
//www.youtube.com/watch?v=BXksGI0j_xw&w=628&h=353
Не могу посмотреть это видео? Нажмите здесь, чтобы посмотреть его на Youtube.
Силовой модуль состоит из 2 IGBT, элементов хранения постоянного тока и электроники силового модуля. Таким образом обеспечивается избыточность.
Обычные двух- и трехуровневые преобразователи генерируют прямоугольные формы сигнала. Это создает много гармоник и напряжений во всех компонентах.
Широкие методы фильтрации и сглаживания, необходимые для получения идеальной синусоидальной формы сигнала.
Схема двухуровневого преобразователя HVDC
HVDC plus многоуровневый инвертор
Вернуться к индексу ↑
Кабели
Экструдированные полимерные изолированные кабели используются вместо масляных кабелей для улучшения тепловых характеристик. Экструдированные кабели имеют хорошую механическую гибкость, и их можно установить также на подводных лодках с большой глубиной.
Планирование оффшорной HVDC VSC TOPOLOGY
Загрузить HVDC VSC Topology.dwg
Вернуться к индексу ↑
Преимущества HVDC VSC Systems
-
Возможно независимый контроль активной и реактивной мощности в каждой конвертерной станции, на шельфе и на суше.
На морской станции реактивная мощность может генерироваться для подачи ветровых турбин, и можно управлять впрыском активной мощности в коробке передач. На береговой станции реактивная и активная мощность могут варьироваться для управления изменениями напряжения и частоты в сети переменного тока.
-
Воздух может создавать проблемы, если он связан со слабыми сетками из-за колебаний ветра и производимой мощности.
Эти проблемы могут быть решены, если достигается контроль активной и реактивной мощности. Таким образом, соединение системы со слабой сеткой возможно.
-
Конверторные конденсаторные банки или STATCOMs
Клапаны в преобразовательной станции требуют реактивной мощности, поэтому необходимо включать в конструкцию конденсаторные конденсаторы или STATCOM. STATCOMs разработаны с использованием технологии VSC и улучшают работу станции преобразователей из-за их функции генерации или потребления реактивной мощности.
-
Возможно функционирование как STATCOM, обеспечивающее или потребляющее реактивную мощность без поглощения или генерации активной мощности.
Эта функция важна, если необходимо контролировать уровень напряжения на одном конце системы передачи.
-
Никакой вклад в ток короткого замыкания
Неисправность на стороне сетки не оказывает существенного влияния на сторону постоянного тока. Если системы переменного тока имеют замыкания на землю или шорные цепи, после чего напряжение переменного тока падает, передаваемая мощность постоянного тока автоматически уменьшается до заданного значения.
-
Снижение риска сбоев коммутации.
Нарушения в системе переменного тока могут привести к сбоям коммутации в классических системах HVDC. HVDC VSC использует самоорганизующиеся полупроводниковые приборы, влияние изменений высокого напряжения больше не действует. Это значительно снижает риск сбоев коммутации.
-
Общение не требуется
Система управления, используемая на стороне преобразователя и стороне инвертора, может работать независимо. Они не нуждаются в телекоммуникациях. Это улучшает скорость и надежность контроллера.
- Система легче сконструировать и более компактную, чем станция LCC, поскольку требуется меньшее количество компонентов.
- В преобразователях VSC нет необходимости в STATCOM или банках конденсаторов, а в фильтрах меньше фильтров.
-
Цена
По этой причине размер оффшорной платформы, которая требуется для размещения преобразовательной станции VSC, меньше по сравнению с решениями LCC. Таким образом, экономически разумные затраты на строительство морской платформы резко сокращаются.
Вернуться к индексу ↑
Недостатки VSC-систем HVDC
- Это экономично, когда расстояние и мощность необходимо передавать больше.
- Во избежание потерь при передаче высоких напряжений принимается так, чтобы IGBT были подключены последовательно, и требуется адаптивный запуск ворот.
-
Текущая способность IGBT
Единственные IGBT имеют максимальный ток выключения 4000 A, обеспечивающий передачу постоянного тока 1800A. Исследованы многоуровневые инверторные топологии без последовательного подключения IGBT. Хотя для обработки сценариев сбоев требуется дополнительное оборудование.
- Для охлаждения, кондиционирования, управления и защиты требуется дополнительная мощность.
Вернуться к индексу ↑
Рекомендации:
- Экзономическое сравнение решений HVAC и HVDC для крупных морских ветропарков
- Siemens HVDC Plus VSC
- ABB HVDC Light VSC