نظام توليد الطاقة - النظام الأساسي لتحويل قدرة توربينات الرياح

لتحويل الطاقة الميكانيكية إلى تيار متناوب للوفاء بمعيار الشبكة ، يجب أن تكون توربينات الرياح مجهزة بنظام تحويل الطاقة ، والذي يتم من خلاله تحويل الطاقة الميكانيكية الموجودة في توربينات الرياح ذات السرعة المتغيرة إلى تيار متناوب مستقر يتماشى مع جهد الشبكة و معلمات التردد ، نسمي نظام تحويل الطاقة هذا نظام توليد الطاقة.

هناك أنواع مختلفة من أنظمة توليد الطاقة لتوربينات الرياح الكبيرة الحديثة. اختارت شركات توربينات الرياح المختلفة طرقًا تقنية مختلفة ، وقد طوروا وأنتجوا توربينات الرياح بأنواع مختلفة من أنظمة توليد الطاقة ، لذلك رأينا توربينات الرياح ذات الأشكال والتصميمات الداخلية المختلفة.

وفقًا لنوع سلسلة القيادة ، يمكن تقسيم أنواع توربينات الرياح إلى ثلاث فئات: محرك عالي السرعة ومحرك متوسط ​​السرعة ومحرك مباشر ، حيث تشتمل أنظمة توليد الطاقة عالية السرعة بشكل أساسي على أنظمة توليد الطاقة غير المتزامنة ذات التغذية المزدوجة وقوة السنجاب غير المتزامنة أنظمة التوليد والنماذج التي نسميها مجموعات المولدات غير المتزامنة ذات التغذية المزدوجة ومجموعات المولدات غير المتزامنة ذات القفص السنجابي ؛ محرك متوسط ​​السرعة نطلق عليه أيضًا محركًا شبه مباشر ، وأنظمة توليد الطاقة لأنظمة توليد الطاقة المغناطيسية الدائمة ، والنماذج التي نسميها نماذج القيادة شبه المباشرة. نظام توليد محرك السرعة المنخفضة هو نظام لتوليد المغناطيس الدائم.

على الرغم من وجود أنواع عديدة من أنظمة توليد الطاقة ، إلا أن تكوينها الأساسي متشابه. المكونات الأساسية لأنظمة توليد الطاقة هي المولدات والمحولات. بناءً على الاختلافات في هيكل سلسلة القيادة والاختلافات في المولدات والمحولات ، تطورت مجموعة متنوعة من أنظمة توليد الطاقة وتم تطبيقها بنجاح على توربينات الرياح.

يعد المولد أحد المكونات الأساسية لنظام توليد طاقة توربينات الرياح ، والذي يحول الطاقة الميكانيكية إلى تيار متناوب من خلال المولد. الأنواع الرئيسية للمولدات هي المولدات المتزامنة ذات المغناطيس الدائم ، والمولدات الحثية غير المتزامنة التي يتم تغذيتها بشكل مضاعف ومولدات القفص السنجابي ؛ أنواع المولدات المختلفة مناسبة لأنواع مختلفة من هياكل سلسلة القيادة. نظرًا لطبيعة الرياح غير المستقرة ، فإن التردد والجهد للتيار المتردد من المولد غير مستقر ، لذلك يحتاج نظام توليد الطاقة أيضًا إلى أن يكون مجهزًا بمكون أساسي آخر.

هذا المكون الأساسي الآخر هو المحول. تعمل توربينات الرياح على تحويل الكهرباء غير المستقرة للتردد والجهد من المولد إلى كهرباء ثابتة التردد والجهد والتي تلبي معايير الشبكة من خلال المحول ، والذي يتوفر بشكل أساسي كمحول طاقة كاملة ومحول مزدوج التغذية. تحتاج أنواع المولدات المختلفة إلى التهيئة باستخدام محولات مختلفة لتحقيق جودة توليد طاقة مستقرة ، والتحكم في توليد الطاقة ، والتحكم في عزم الدوران ، ووظائف أخرى.

إذن ، ما هو التكوين النموذجي السائد لصناعة طاقة الرياح لأنظمة توليد الطاقة؟ فيما يلي مقدمة لكل منها ، مما يمنحك عرضًا شاملاً لأنواع أنظمة توليد الطاقة ، وتكويناتها الرئيسية وسيناريوهات التطبيق.

أنظمة توليد الطاقة غير المتزامنة ذات التغذية المزدوجة

المولدات غير المتزامنة ذات التغذية المزدوجة بالإضافة إلى المحولات ذات التغذية المزدوجة

نوع سلسلة القيادة لتوربينات الرياح غير المتزامنة ذات التغذية المزدوجة هو محرك عالي السرعة ، ونظام توليد الطاقة الخاص به عبارة عن نظام توليد طاقة غير متزامن يتغذى بشكل مزدوج ، ويتكون من مولد غير متزامن مزدوج التغذية ومحول مزدوج التغذية.

يتم توصيل المكره للوحدة ذات التغذية المزدوجة بدوار المولد غير المتزامن ذو التغذية المزدوجة من خلال علبة تروس لزيادة السرعة. يتم ضبط التردد والجهد والسعة والمرحلة لإثارة لف الدوار تلقائيًا بواسطة المحول وفقًا لمتطلبات التشغيل ، بحيث يمكن للوحدة توليد الكهرباء بسرعات مختلفة بتردد ثابت ، والتي تتمتع بمزايا نطاق واسع من السرعة التنظيم ، الضبط المستقل للطاقة النشطة والمتفاعلة ، السعة الصغيرة لمحول الإثارة الدوار (حوالي 1/3 من السعة المقدرة للمولد) ، السرعة العالية ، عزم الدوران الصغير ، الحجم الصغير والوزن ، نسبة زيادة السرعة الكبيرة لعلبة التروس ، المولد مع حلقات الانزلاق والفرش تؤثر على الموثوقية إلى حد معين. في الوقت الحاضر ، تعد الوحدات ذات التغذية المزدوجة هي أكثر توربينات الرياح شيوعًا.

أنظمة توليد الطاقة غير المتزامنة على شكل قفص السنجاب

مولدات غير متزامنة على شكل قفص السنجاب بالإضافة إلى محولات الطاقة الكاملة

بالمقارنة مع توربينات الرياح غير المتزامنة ذات التغذية المزدوجة ، فإن الاختلاف الرئيسي بين أنظمة توليد طاقة توربينات الرياح غير المتزامنة ذات القفص السنجابي هو أن دوار المولد عبارة عن هيكل مغلق على شكل قفص ، ولا يتطلب هياكل مثل الفرش وحلقات الانزلاق ، ولفائف الجزء الثابت للمولد عبر محول الطاقة الكاملة. لا يحتوي المولد غير المتزامن على شكل قفص السنجاب على هيكل إثارة مخصص ويتم تزويده بالإثارة من خلال محول جانب الجزء الثابت لتحقيق سرعة متغيرة وتحكم ثابت في التردد. تتميز أنظمة طاقة الرياح غير المتزامنة في قفص مزايا الموثوقية العالية ومجموعة واسعة من تنظيم السرعة. تتطلب المولدات غير المتزامنة ذات قفص السنجاب محول طاقة كامل وكل الطاقة التي تحتاج إلى تحويل من خلال المحول ، وبالتالي فإن تكلفة المحول أعلى من المحول ثنائي التغذية ، على الرغم من أن بعض الشركات المصنعة قد تبنت أنظمة توليد طاقة غير متزامنة على شكل قفص السنجاب في النماذج البحرية بسبب موثوقيتها العالية.

أنظمة توليد الطاقة المتزامنة ذات المغناطيس الدائم بالدفع المباشر

مولد محرك مباشر بالإضافة إلى محول طاقة كاملة

نظام المولد عبارة عن نظام لتوليد الطاقة المتزامن مع المغناطيس الدائم ، والذي ينقسم إلى مولد مغناطيسي دائم ذو محرك مباشر ، ومولد مغناطيسي دائم شبه مباشر ومحرك مغناطيسي دائم عالي السرعة وفقًا لسلاسل القيادة المختلفة ، وصناعة طاقة الرياح يستخدم بشكل أساسي مولد المغناطيس الدائم بالدفع المباشر ومولد المغناطيس الدائم شبه المباشر

يتم توصيل المكره الخاص بـ PMG مباشرة بالمولد ، مما يلغي الحاجة إلى علبة التروس المعززة ويكون الدوار متحمسًا بمغناطيس دائم ، مما يلغي الحاجة إلى مصدر طاقة خارجي للإثارة ويقلل من خسائر الإثارة. يتم توصيل مولد وحدة القيادة المباشرة PMG بالشبكة من خلال محول طاقة كامل ، والذي يتميز بالكفاءة العالية والضوضاء المنخفضة والقدرة على الركوب بالجهد المنخفض ؛ يحتوي المولد المتزامن PMG على عدد كبير من أزواج الأعمدة وهو أكبر في الحجم والوزن.

كل من هذه الأنظمة لها مزاياها وعيوبها ، وتختار شركات توربينات الرياح المختلفة نوع النظام بناءً على اختيارهم للتكنولوجيا والتكلفة ، بالإضافة إلى حكمهم على السوق ، وتطوير توربينات الرياح التي تتوافق مع نوع النظام .