Conception d'un système d'optimisation de la qualité de l'énergie pour les parcs éoliens

Conception d'un système d'optimisation de la qualité de l'énergie pour les parcs éoliens

I. Problèmes typiques de qualité de l'énergie dans les parcs éoliens

1. Fluctuations de tension et scintillement

   • Changements soudains de vitesse du vent → Fluctuations de puissance → Variations de tension du bus (en particulier dans les réseaux faibles)

2. Harmoniques et interharmoniques

   • Les fréquences de commutation du convertisseur (2-6 kHz) génèrent des harmoniques caractéristiques (par exemple, 5e, 7e, 11e, 13e)

   • Effet d'ombre de la tour provoquant des interharmoniques basse fréquence (<100 Hz)

3. Chute/surtension de tension

   • Défauts de réseau ou événements de démarrage/arrêt de turbines de grande ampleur

4. Fluctuations de la puissance réactive

   • Variations de la puissance réactive absorbée/délivrée dues aux stratégies de contrôle

II. Conception de la solution de base

Solution 1 : Optimisation au niveau de la turbine

• Mesures techniques

  • Convertisseur pleine échelle (entraînement direct à aimant permanent)

    • Principe :Découple la turbine et le réseau via des convertisseurs dos à dos, supprimant les fluctuations de puissance induites par l'ondulation de couple

    • Contrôle des harmoniques : Filtre LCL + optimisation PWM (par exemple, SVPWM)

  • Support de puissance réactive dynamique

    • Principe : Réserve de 10 à 15 % de capacité réactive ; temps de réponse < 20 ms (supérieur au SVG traditionnel)

Solution 2 : Atténuation au niveau de la ligne collectrice

• Mesures techniques

  • SVG (générateur de variables statiques) sur le bus

    • Principe : Détection en temps réel de ΔQ au PCC, injecte une puissance réactive contre-active via des onduleurs IGBT (réponse ≤ 5 ms)

    • Conception de capacité : 20 à 30 % de la capacité éolienne totale (par exemple, 20 Mvar SVG pour un parc de 100 MW)

  • APF (filtre de puissance actif)

    • Principe : Échantillonner les harmoniques → générer des courants de compensation → annuler les harmoniques (THD réduit de 8 % à < 3 %)

    • Objectifs clés : Harmoniques caractéristiques (par exemple, ordres 6k±1) et interharmoniques

Solution 3 : Système au niveau de la station

• Mesures techniques

  • STATCOM hybride + stockage d'énergie

    • Principe :

      • STATCOM fournit un support réactif rapide (capacité ±1,5pu)

      • Le stockage Li-ion atténue les fluctuations de puissance (constante de temps : secondes-minutes)

    • Étude de cas :5 % de capacité de stockage éolienne (par exemple, 50 MW/25 MWh) réduit les fluctuations de tension de 40 %

  • Suppression de la résonance harmonique

    • Principe : Les banques de filtres de type C auto-réglées évitent les points de résonance (par exemple, 11e/13e)

    • Critères de conception :
      $Q=\genfrac{}{}{0ex}{}{1}{R}\genfrac{}{}{0ex}{}{L}{C}$ (Q=30-50 pour éviter une netteté excessive)
      $f^{rés}=\genfrac{}{}{0ex}{}{1}{2\pi \sqrt{LC}}$ (évitez la plage de 2,5 à 3,5 kHz)

Solution 4 : Protection de la connexion au réseau

• Mesures techniques

  • DVR (restauration dynamique de tension)

    • Principe :La tension de compensation injectée en série stabilise les équipements sensibles (gère les creux ≤ 0,5 s)

    • Paramètres clés : 60 % de profondeur de compensation ; source d'énergie du supercondensateur

  • Transformateur de blocage des harmoniques homopolaires

    • Principe : L'enroulement en zigzag fournit une impédance élevée aux harmoniques de rang 3 (supprime les composants homopolaires)

III. Principes techniques clés

1. Suppression des fluctuations de tension
   $\Delta V\%\approx \genfrac{}{}{0ex}{}{\Delta Q\cdot X^{grjed}}{V^{nl\text{'}m}}\times 100\%$

   • SVG compense ΔQ en temps réel pour minimiser les effets de réactance de la grille (X_grid)

2. Modèle d'annulation harmonique
   Génération actuelle de compensation APF :
   ${je}^c(t)=-{\sum }^{h=2}{je}^h\mathrm{péché}(2\pi hft+{\varphi }^h)$

   • La FFT décompose les harmoniques ; l'IGBT produit des courants à inversion de phase précis

3. Atténuation interharmonique

   • PLL amélioré (DDSRF-PLL) pour un suivi précis de la fréquence fondamentale

   • Fréquence centrale du filtre coupe-bande :
     $f^{centeuh}=f^{blundet}\times N^{blundes}$ (fréquence de passage des pales)

IV. Feuille de route de mise en œuvre Fluctuation de tension

V. Performances attendues

VI. Technologies innovantes

1. Dispositifs à large bande interdite : Les convertisseurs SiC (commutation > 10 kHz) réduisent la taille du filtre de 40 %

2. Système de jumeau numérique :Le modèle de prédiction basé sur SCADA ajuste la compensation 15 secondes à l'avance

3. Convertisseurs de formation de grille : Simuler l'inertie d'une machine synchrone pour une stabilité du réseau faible