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Cómo configurar científicamente Generadores de variables estáticas (SVG) y Filtros de potencia activos (APF) en aplicaciones de parques eólicos.
Los parques eólicos, en particular los que utilizan generadores de inducción de doble alimentación (DFIG), no solo generan energía, sino que también son importantes fuentes de problemas de calidad de la energía. La necesidad y la lógica para configurar equipos de mitigación en estos casos difieren significativamente de las aplicaciones comerciales e industriales tradicionales.
Problemas de potencia reactiva (objetivo principal para la mitigación de SVG) :
Las propias turbinas requieren potencia reactiva :Los convertidores y transformadores dentro de las turbinas DFIG absorben energía reactiva para establecer campos magnéticos durante el funcionamiento.
Consumo de la línea de recolección :Las largas líneas de recolección (líneas de concentración) son inductivas y consumen una cantidad significativa de energía reactiva.
Requisitos de despacho de la red :De acuerdo con los estándares de la red nacional (por ejemplo, las "Regulaciones técnicas para conectar parques eólicos al sistema eléctrico" de China), los parques eólicos deben poseer compensación dinámica de potencia reactiva Capacidad. Deben poder ajustar automáticamente el factor de potencia en el Punto de Acoplamiento Común (PCC) según los comandos de despacho (normalmente se requiere que esté entre 0,98 adelantado y 0,98 retrasado) para soportar la tensión de la red. Esto es un requisito obligatorio .
Problemas armónicos (objetivo principal para la mitigación del APF) :
Fuente armónica principal :Los convertidores (AC-DC-AC) dentro de las turbinas eólicas son las fuentes armónicas primarias, que generan armónicos de orden específico como 5, 7, 11, 13 , etc.
Riesgo de resonancia armónica :La capacitancia del cable del sistema de recolección del parque eólico y la inductancia de la red pueden formar resonancia en paralelo o en serie en ciertas frecuencias específicas, amplificando órdenes armónicos específicos y dando lugar a incidentes graves.
Fluctuaciones de voltaje y parpadeo :
La naturaleza intermitente y estocástica de la energía eólica provoca fluctuaciones en la potencia de salida de la turbina, lo que genera fluctuaciones de voltaje y parpadeos en el PCC.
El principio principal para configurar los equipos de mitigación en parques eólicos es: Primero, cumplir con los requisitos obligatorios de potencia reactiva de la red y luego mitigar los armónicos para proteger los activos internos.
1. Posicionamiento de roles: Soporte de potencia reactiva dinámica primaria
La función principal del SVG en un parque eólico es reemplazar los bancos de condensadores/reactores tradicionales (TSC/TCR) para proporcionar
rápido, suave y continuo
ajuste de potencia reactiva, satisfaciendo los requisitos de despacho de la red y estabilizando el voltaje del PCC.
2. Ubicación de la instalación: Punto de acoplamiento común (PCC) del parque eólico
El SVG debe estar instalado centralmente en el lado de baja tensión (lado de 35 kV o 10 kV) del transformador elevador principal de la estación.
La mitigación en esta ubicación permite el ajuste directo del factor de potencia del PCC, la respuesta a los comandos de despacho de la red y proporciona soporte de energía reactiva para todo el parque eólico.
3. Cálculo de la capacidad (paso crítico)
:
La capacidad SVG debe satisfacer el valor máximo de los siguientes tres aspectos:
a. Cumplir con los requisitos de despacho de la red :De acuerdo con los estándares de conexión a la red, la capacidad del SVG debe ser 25% ~ 50% de la capacidad nominal del parque eólico. Esta es la base principal para la configuración.
Ejemplo: Un parque eólico de 100 MW normalmente requiere un SVG con una capacidad de ±25 Mvar a ±50 Mvar .
b. Compensar el déficit de potencia reactiva interna :Calcular el consumo total de potencia reactiva de todas las turbinas, transformadores tipo pedestal y líneas de recolección, incluido un cierto margen.
c. Soporte de voltaje durante fallas del sistema :Considere que durante fallas de cortocircuito en la red, el SVG debe proporcionar suficiente potencia reactiva para soportar el voltaje y garantizar que las turbinas no se desconecten (superación de fallas).
Conclusión: La capacidad de SVG generalmente está determinada por los códigos de cuadrícula, tomando el valor máximo e incluyendo cierta redundancia.
1. Posicionamiento de roles: mitigación armónica y supresión de resonancia
La función principal del APF es filtrar los armónicos característicos generados por las turbinas, evitando que la corriente armónica se inyecte a la red más allá de los límites. Más importante aún,
suprime la resonancia armónica potencial
, protegiendo activos internos como transformadores y condensadores.
2. Ubicación de la instalación: Enfoque combinado distribuido y centralizado
Opción A (recomendada): Instalación distribuida en los extremos de la línea de recolección
Ubicación :Instalar APF de capacidad media al final de cada circuito de recolección (es decir, en el tablero de distribución donde convergen múltiples líneas de turbinas).
Ventajas :
Mitigación más exhaustiva :La compensación cerca de la fuente armónica evita que los armónicos fluyan y se superpongan en las líneas de recolección, lo que reduce las pérdidas de línea.
Supresión de resonancia más eficaz :Altera directamente las características de impedancia de la fuente armónica, alterando fundamentalmente las condiciones de resonancia.
Mayor confiabilidad :La falla de un solo APF no afecta a otros circuitos.
Opción B: Instalación centralizada en el PCC
Ubicación :Se instala junto al SVG en el lado de bajo voltaje del transformador elevador principal.
Ventajas :Instalación cómoda, gestión centralizada.
Desventajas :Mitigación menos efectiva que el enfoque distribuido y puede que no suprima eficazmente la resonancia dentro de las líneas de recolección.
Aplicabilidad :Adecuado para granjas donde los problemas armónicos no son graves o el objetivo principal es cumplir con los estándares armónicos nacionales (por ejemplo, GB/T 14549) en el PCC.
3. Cálculo de capacidad :
Método de medición :Realizar mediciones de calidad de energía en líneas de recolección o en el PCC para obtener datos de corriente armónica.
Método de estimación
: Capacidad del APF
I_APF ≥ ∑ (Corriente nominal de turbina única × THDi de corriente × Factor de simultaneidad)
El THDi de un convertidor de turbina única suele ser de alrededor del 3% ~ 5% (después de incluir filtros LCL), pero tenga en cuenta que la resonancia armónica puede causar amplificación.
Factor de simultaneidad :Teniendo en cuenta que no todas las turbinas funcionan a plena carga simultáneamente y que las fases armónicas difieren, se puede utilizar un factor de 0,6 ~ 0,8.
Recomendación :Realice siempre mediciones de campo y consulte con agencias profesionales, ya que los problemas de resonancia armónica son muy complejos.
Una arquitectura estándar de mitigación de la calidad de la energía para un parque eólico está estructurada conceptualmente de la siguiente manera:
Generadores de turbinas eólicas (WTG) :Varios grupos de turbinas (las fuentes armónicas y las cargas reactivas) se conectan a través de largas líneas de recolección.
Sistema de recolección (35 kV/10 kV) : APF distribuidos Se instalan idealmente al final de cada circuito de recolección para un control específico de armónicos y resonancias.
Transformador elevador principal :Aumenta el voltaje para la conexión a la red.
Punto de acoplamiento común (PCC) :El punto de interconexión con la red principal.
Capa de mitigación centralizada Ubicado en el PCC, en el lado de baja tensión del transformador principal. Esta capa alberga:
Un grande SVG centralizado para soporte de potencia reactiva dinámica masiva y estabilidad de voltaje, respondiendo a comandos de la red.
(Opcional) A APF centralizado para filtrado armónico auxiliar.
Bancos de condensadores/reactores pasivos para compensación de potencia reactiva base.
Esquema recomendado :
SVG :Instalado centralmente en el bus de 35 kV, capacidad dimensionada entre el 25 % y el 50 % de la capacidad total del parque.
APF :Priorizar una mitigación distribuida esquema, instalando unidades al final de cada circuito de captación.
Control coordinado :El SVG y el APF deberían integrarse en el parque eólico. Sistema de control de acceso controlado (SCADA) o Sistema de Gestión de Energía (EMS) para recibir comandos de despacho de red y habilitar la operación automatizada.
El duro entorno de los parques eólicos exige especificaciones elevadas en los equipos:
Clasificación de protección :La instalación en exteriores requiere al menos IP54 y resistencia a la corrosión clase C4/C5 para soportar viento, arena, niebla salina, humedad y temperaturas extremas.
Nivel de voltaje :Debe coincidir directamente con el nivel de voltaje del parque eólico (por ejemplo, 10 kV, 35 kV).
Velocidad de respuesta :Debe ser extremadamente rápido (<5 ms) para responder a las rampas de energía eólica y a las fallas de la red.
Confiabilidad y mantenibilidad Un MTBF (tiempo medio entre fallos) elevado y un diseño modular para un reemplazo rápido son esenciales.
Proceso de dar un título :Requiere certificación de pruebas de productos de la industria energética, pruebas de conducción de bajo voltaje (LVRT), etc.
Configurar SVG y APF para un parque eólico no es un simple cálculo de selección sino un ingeniería de sistemas tarea:
SVG es obligatorio Su capacidad está determinada por normas nacionales obligatorias , principalmente para satisfacer los requisitos de despacho de potencia reactiva de la red y de soporte de voltaje.
Se recomienda encarecidamente el APF. Su esquema de configuración (centralizado o distribuido) y capacidad deben basarse en mediciones de campo y análisis del sistema , principalmente para suprimir armónicos y evitar la resonancia, protegiendo los activos internos.
Retorno de la inversión (ROI) :Esta inversión no es solo un "boleto" para cumplir con los requisitos de conexión a la red, sino que es esencial para garantizar la Operación segura, estable y eficiente a largo plazo del parque eólico, evitando fuertes sanciones y daños en los equipos.
Durante las primeras etapas del proyecto, se detallaron Modelado y simulación de la calidad de la energía Deben ser realizadas y se debe contratar a agencias profesionales para ello. medición y evaluación Desarrollar el plan de mitigación más económico, eficiente y confiable.
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