Diseño de un esquema de optimización de la calidad de la energía para parques eólicos

Diseño de un esquema de optimización de la calidad de la energía para parques eólicos

I. Problemas típicos de calidad de la energía en parques eólicos

1. Fluctuaciones de voltaje y parpadeo

   • Cambios repentinos de velocidad del viento → Fluctuaciones de potencia → Variaciones de tensión del bus (especialmente en redes débiles)

2. Armónicos e interarmónicos

   • Las frecuencias de conmutación del convertidor (2-6 kHz) generan armónicos característicos (por ejemplo, 5.º, 7.º, 11.º, 13.º)

   • Efecto de sombra de torre que provoca interarmónicos de baja frecuencia (<100 Hz)

3. Caída/subida de tensión

   • Fallos de la red o grandes eventos de arranque y parada de turbinas

4. Fluctuaciones de potencia reactiva

   • Variaciones en la potencia reactiva absorbida/entregada debido a estrategias de control

II. Diseño de la solución central

Solución 1: Optimización a nivel de turbina

• Medidas técnicas

  • Convertidor de escala completa (transmisión directa de imán permanente)

    • Principio :Desacopla la turbina y la red mediante convertidores back-to-back, suprimiendo las fluctuaciones de potencia inducidas por la ondulación del par.

    • Control armónico : Filtro LCL + optimización PWM (por ejemplo, SVPWM)

  • Soporte dinámico de potencia reactiva

    • Principio : Reserva del 10 al 15 % de capacidad reactiva; tiempo de respuesta <20 ms (superior al SVG tradicional)

Solución 2: Mitigación a nivel de línea del colector

• Medidas técnicas

  • SVG (generador de variables estáticas) en el bus

    • Principio :Detección en tiempo real de ΔQ en PCC, inyecta potencia reactiva contrarrestante a través de inversores IGBT (respuesta ≤5 ms)

    • Diseño de capacidad :20-30% de la capacidad eólica total (por ejemplo, SVG de 20 Mvar para un parque de 100 MW)

  • APF (filtro de potencia activa)

    • Principio :Armónicos de muestra → generar corrientes de compensación → cancelar armónicos (THD reducido del 8% a <3%)

    • Objetivos clave :Armónicos característicos (por ejemplo, 6k±1 órdenes) e interarmónicos

Solución 3: Sistema a nivel de estación

• Medidas técnicas

  • STATCOM híbrido + almacenamiento de energía

    • Principio :

      • STATCOM proporciona un soporte reactivo rápido (capacidad de ±1,5pu)

      • El almacenamiento de iones de litio suaviza las fluctuaciones de energía (constante de tiempo: segundos-minutos)

    • Estudio de caso :El almacenamiento del 5% de la capacidad eólica (por ejemplo, 50 MW/25 MWh) reduce las fluctuaciones de voltaje en un 40%

  • Supresión de resonancia armónica

    • Principio :Los bancos de filtros tipo C autoajustados evitan puntos de resonancia (por ejemplo, 11.º/13.º)

    • Criterios de diseño :
      $Q=\genfrac{}{}{0ex}{}{1}{R}\genfrac{}{}{0ex}{}{Yo}{do}$ (Q=30-50 para evitar la nitidez excesiva)
      $F^{res}=\genfrac{}{}{0ex}{}{1}{2\pi \sqrt{Yodo}}$ (evite el rango de 2,5-3,5 kHz)

Solución 4: Protección de la conexión a la red

• Medidas técnicas

  • DVR (Restaurador de voltaje dinámico)

    • Principio :El voltaje de compensación inyectado en serie estabiliza el equipo sensible (maneja caídas de tensión ≤0,5 s)

    • Parámetros clave : 60% de profundidad de compensación; fuente de energía de supercondensador

  • Transformador de bloqueo armónico de secuencia cero

    • Principio :El devanado en zigzag proporciona alta impedancia a los armónicos de tercera generación (suprime los componentes de secuencia cero)

III. Principios técnicos clave

1. Supresión de fluctuaciones de voltaje
   $\Delta V\%\approx \genfrac{}{}{0ex}{}{\Delta Q·{incógnita}^{gramooid}}{V^{norteometro}}\times 100\%$

   • SVG compensa ΔQ en tiempo real para minimizar los efectos de reactancia de la red (X_grid)

2. Modelo de cancelación armónica
   Generación de corriente de compensación APF:
   $i^{do}(el)=-{\sum }^{h=2}{I}^h\mathrm{pecado}(2\pi hFel+{\varphi }^h)$

   • La FFT descompone los armónicos; el IGBT genera corrientes precisas con inversión de fase.

3. Mitigación interarmónica

   • PLL mejorado (DDSRF-PLL) para un seguimiento preciso de la frecuencia fundamental

   • Frecuencia central del filtro de banda eliminada:
     $F^{estenorteeleh}=F^{byoadmi}\times {norte}^{byoades}$ (frecuencia de paso de la cuchilla)

IV. Hoja de ruta de implementación Fluctuación de voltaje

V. Rendimiento esperado

VI. Tecnologías innovadoras

1. Dispositivos de banda ancha :Los convertidores de SiC (conmutación >10 kHz) reducen el tamaño del filtro en un 40 %

2. Sistema gemelo digital :El modelo de predicción basado en SCADA ajusta la compensación 15 segundos antes

3. Convertidores formadores de red : Simular la inercia de una máquina síncrona para lograr estabilidad en una red débil