MOGUĆNOSTI PRIMENE ENERGETSKIH ELEKTRONSKIH PRETVARAČA ZA OBNOVLJIVE IZVORE ELEKTRIČNE ENERGIJE

Vladimir Katić, Stevan Grabić

Fakultet tehničkih nauka, Novi Sad

Sadržaj – U radu je razmatrana primena energetskih elektronskih pretvarača u savremenim obnovljivim izvorima električne energije, odnosno kod vetro-elektrana. Cilj je da se predstavi mesto, uloga i značaj njihove primene. Pokazano je da oni imaju ključnu ulogu u novijim rešenjima, gde pored funkcionalnosti, jedan od glavnih kriterijuma je i visoka efikasnost rada ovih vetroelektrana. Posebno je prikazano rešenje punog upravljanja jedinice sa sinhronim generatorom sa stalnim magnetima. Dat je model mehaničkog podsistema, sa modelom vetra i regulatora zakrenutosti krilaca, koji omogućava razvoj algoritma upravljanja vetrogeneratorom visokih performansi. Problem povezivanja više vetroelektana u parkove (farme) posebno je objašnjen sa stanovišta uloge energetskih elektronskih pretvarača. Pokazano je da su oni i tu oni nezamenjivi, te da svojim radom omogućavaju optimalno rešenje u različitim uslovima rada.

1. UVOD

Prve ideje o korišćenju energije vetra javile su se na teritoriji današnjeg bliskog istoka oko 900-te godine pre nove ere. Energija vetra pretvarana je u mehaničku jednostavnim turbinama, koje su bile konstruisane samo za korišćenje sile vuče, te je vetar gurao lopatice u pravcu duvanja [1]. Glavna primena je bila za navodnjavanje i mlevenje žita. Naravno, vetar je korišćen i za prevozna sredstva (brodove, jedrilice, čamce i sl.), ali to nije tema ovog rada.

U doba industrijske revolucije, tokom XIX veka, pa do početka XX veka, polako se energija vetra potpuno zamenjuje mašinama na fosilna gorivima, tako da klasične vetrenjače ostaju samo u pričama ili kao turistička atrakcija.

Međutim, u poslednjem kvartalu XX veka dolazi do niza događaja, koji ponovo oživljavaju interes za energiju vetra. Prvo je 1973. god. došlo do tkzv. naftnog šoka, kada su cene nafte naglo porasle više puta, kao posledica ratnih sukoba na bliskom istoku. Oktobarski rat je bio samo povod, a stvarni uzrok je bilo suočavanje sa saznanjem da se svetske energetske rezerve fosilnih goriva ograničene i da se ubrzano iscrpljuju sa predvidljivim krajem. Sledeći šok se desio 1979. godine, kada se desio akcident na nuklearnoj električnoj centrali „Three Mile Island“ u Pensilvaniji, USA, koji je bio prvi ozbiljan, javno publikovan problem u korišćenju nuklearne tehnologije. Mada nije bilo tragičnih posledica, ovaj događaj je poljuljao poverenje javnosti u sigurnost nuklearnih centrala. Naredni događaj je predstavljao prelomni momenat i razvoju nuklearnih centrala. Čuvena havarija na nuklearnoj centrali u Černobilu (Ukrajina) 1986. god., koja je pored velikog broja žrtava u široj okolini (30km) same centrale, ugrozila i veliki deo Evrope širenjem radio-aktivnih oblaka, dovela je do ozbiljnih preispitivanja daljeg korišćenja

ove tehnologije u Evropi. Mnoge zemlje su zabranile izgradnju novih nuklearnih centrala, a neke i obustavile rad postojećih. Istovremeno, potrošnja svih vidova energije i dalje stalno raste, a pojava naglog industrijskog razvoja dalekoistočnih zemalja, Kine i Indije, dovela je do daljeg i konstantnog rasta cena nafte, gasa i drugih energenata.

Ova dva trenda, konstantan rast cena i ograničenje ili zabrana korišćenja jeftine atomske energije, navele su razvijene zemlje, a pre svega zemlje Evropske unije, da se na samom kraju XX veka okrenu širem korišćenju obnovljivih izvora energije. U tom periodu Evropska Unija je koristila tek 6% energije dobijene iz obnovljivih izvora (uglavnom hidro energija i bio masa), dok je čak 79% bilo iz fosilnih izvora (nafta i derivati 41%, gas 22 % i ugalj 16%). Na slici 1 je predstavljen pregled izvora energije korišćene u 1998. god., dok je na slici 2 dat pregled po državama Evropske Unije (EU -15).

EU ENERGY MIX 199816%

41%

22%

15%

6%

UGALJ

NAFTA i derivati

PRIRODNI GAS

NUKLEAR

OBNOVLJIVI IZVORI

Sl.1 Potrošnja energije u EU prema vrsti izvora u 1998. god.

Sl.2 Udeo obnovljivih izvora u potrošnji EU (1998.god.). Kao posledica takve orijentacije, donešena je direktiva

Evropske Unije 2001/77/EC [2], koja je polazeći od stanja

6 %

Zbornik radova 50. Konferencije za ETRAN, Beograd, 6-8. juna 2006, tom I Proc. 50th ETRAN Conference, Belgrade, June 6-8, 2006, Vol. I

330

1998. god. zacrtala da se do 2010. god. udeo „zelene“ energije u ukupnoj potrošnji energije poveća sa 6% na 12%. Ova odluka bila je od ključnog značaja za nagli razvoj korišćenja svih vidova obnovljivih izvora.

Pitanje upotrebe obnovljivih izvora za proizvodnju električne energije je od posebnog interesa, s obzirom da je ona najpogodniji i najkvalitetniji oblik za korišćenje. Direktiva je propisala da se ovaj udeo poveća sa 14% (1998) na 22% (2010). U vreme donošenja pomenute direktive EU, učešće obnovljivih izvora u proizvodnji električne energije u 15 zemalja EU bio je između 1,1% (Belgija) i 70% (Austrija), s tim da je prosečno učešće bilo 13,9%. Sa slike 3 vidi se da je najveći deo proizvedene električne energije poticao od hidro energije, odnosno od velikih hidro-elektrana. Drugi oblici su učestvovali u manjem procentu, a vetar tek sa 3,2%.

UDEO OBNOVLJIVIH IZVORA U PROIZVODNJI EL. ENERGIJE

86,6

9

3,2

1,2

Hidro energija

Bio masa

Vetar

Geo-termalna

Sl. 3 Udeo obnovljivih izvora u proizvodnji elek. energije.

Međutim, mogućnosti za povećanje korišćenja hidro

energije su bile veoma ograničene iz prostog razloga što su svi značajniji rečni tokovi već bili iskorišćeni ili njihovo korišćenje nije bilo isplativo, zbog ekonomskih, ekoloških ili drugih razloga. To je bio razlog zašto se pažnja istraživača, konstruktora, industrijalaca, investitora i drugih okrenula na energiju vetra i sunca, kao oblike kod kojih efikasnost pretvaranja i razvijena tehnologija pružaju najpovoljnije uslove. Ovaj rad će se baviti energijom vetra, s obzirom na njene veće potencijale, bolju efikasnost i veliki zamah razvoja.

2. VETROELEKTRANA

Razvoj nauke i tehnologije doveo je koncentracije znanja

i iskustava iz velikog broja raznih oblasti, koja se primenjuju u izgradnji i eksploataciji jedne vetro-elektrane. Kod pretvaranja energije vetra u električnu postupak se odvija u dva stepena – prvo se energija vetra pretvara u mehaničku korišćenjem vetro-turbine, a zatim se mehanička pretvara u električnu putem električnih generatora.

Današnje vetro-turbine se sastoje od tro-krake elise, čija krilca su povezana u zajedničku glavčinu i smeštena na vrhu visokog stuba (slika 4). Elisa (krilca) su slična elisi aviona. Koristi se struja vazduha za stvaranje sile uzgona na elisi, koja stvara mehanički momenat na kraku elise turbine. Ovako se zapravo kinetička energija vetra pretvara u kinetičku energiju obrtnih masa, koja se dalje električnim generatorom pretvara u električnu energiju pogodnu za prenos na udaljena mesta potrošnje [1,3]. Međutim, problem je što je primarna

energija vetra često veoma promenljiva i teško predvidljiva, što ima za posledicu promenu parametara električne energije na izlazu generatora. S druge strane, elektroenergetski sistem, na koji se priključuje takva vetro elektrana, zahteva konstantnost svih glavnih parametara sa veoma malim tolerancijama (»kruta mreža«). U povezivanju dva ovakva različita sistema svoju ulogu su našli energetski elektronski pretvarači, pa je pregledu metoda rešavanja tog problema posvećen ovaj rad.

Sl. 4 Spoljni izgled jedne vetro-elektrane.

3. ULOGA ENERGETSKIH ELEKTRONSKIH PRETVARAČA U VETROELEKTRANI

Na slici 5 predstavljeno je mesto i uloga energetskih elektronskih pretvarača u vetroelektrani. Oni imaju zadatak da povežu dva električna sistema, električni sistem vetroelektrane, koja daje električnu energiju sa promenljivim parametrima, sa nacionalnim elektroenergetskim sistemom, koji radi sa konstantnim parametrima, i da pri tome obezbede maksimalnu efikasnost. Ova uloga je u većoj ili manjoj meri ostvarena različitim rešenjima u zavisnosti od vrste generatora, snage jedinica, te načina rada i upravljanja energetskog elektronskog pretvarača.

Sl. 5 Uloga energetskih elektronskih pretvarača u vetro

elektrani

EEnneerrggeettsskkii eelleekkttrroonnsskkii pprreettvvaarraačč

Električ.mreža

Const. Variab. !

Izvor obnovljive Energije

Turb.+Genera

tor E/El.en

331

Danas se u vetroelektranama koriste asinhrone ili sinhrone mašine kao generatori, tako da ima više varijanti povezivanja sa mrežom. Asinhroni generatori su se uglavnom koristili kod ranijih realizacija vetroelektrana i za snage ispod 1 MW, dok se sinhroni generatori koriste za savremena rešenja, odnosno snage iznad 500 kW. Na slikama 6 i 7 predstavljena su različita rešenja sa asinhronim (slika 6) i sinhronim (slika 7) generatorima.

Asinhrona mašina se odlikuje niskom cenom i velikom robusnošću u različitim pogonskim uslovima, što joj je prednost u odnosu na sinhronu mašinu. To su i bili razlozi zašto su prva rešenja koristila asinhroni generator. U upotrebi su dve varijante: sa kaveznim i namotanim (klizno-kolutnim) rotorom.

Asinhroni generator sa kaveznim rotorom koriste energetske pretvarače za mekani (soft) start (slika 6.a). Ovo rešenje su često primenjivali proizvođači vetro-elektrana u Danskoj, pa je poznato kao Danski koncept. Pretvarač je konstruisan sa anti-paralelnim tiristorima u svakoj fazi, a radi na principu regulacije efektivne vrednosti napona korišćenjem faznog upravljanja. Uloga energetskog pretvarača je tokom starta, odnosno za ublažavanje povezivanja generatora na mrežu. Kondenzatorska baterija obezbeđuje neophodnu reaktivnu energiju za pobuđivanje generatora. Ovaj generator radi sa fiksnom brzinom i deklarisan je kao Tip A (Tabela 1). Mehaničko prilagođenje sa brzinom vetro-turbine se obezbeđuje preko mehaničkog reduktora/multiplikatora. Kontrola snage se vrši na principima Stall (tip A0), Pitch (tip A1) ili Aktivnog stall (tip A2) upravljanja.

Druga mogućnost, koja je predstavljena na slici 6.b, je da se asinhroni generator sa kaveznim rotorom poveže na mrežu preko puno-upravljivog frekventnog pretvarača (kombinacija ispravljač-DC link-mrežni invertor). Ovo rešenje se u praksi manje koristi, zbog visoke cene pretvaračkog sklopa i kompleksnog upravljanja, te potrebe za kompenzacijom reaktivne energije.

Asinhroni generator sa namotanim rotorom (klizno-kolutni generator) se koristi u dva oblika, koja su prikazana na slikama 6.c i 6.d. Oba rešenja spadaju u grupu konstrukcija sa promenljivom brzinom i deklarišu se kao Tip B i Tip C [4]. Upravljanje snagom ide zakretanjem krilaca (pitch control), dok se ostali načini u praksi slabije koriste (iz tog razloga su oni zasenčeni u Tabeli1).

Tabela 1 Koncepti vetrogeneratora [4]

Upravljanje Brzina \ Upravljanje Stall Pitch Aktivni Stall

Fiksna brzina Tip A Tip A0 Tip A1 Tip A2

Tip B Tip B1 Tip B1 Tip B2

Tip C Tip C1 Tip C1 Tip C2

Promenljiva brzina

Tip D Tip D1 Tip D1 Tip D2

Tip B u stvari ima ograničene mogućnosti regulacije

brzine, jer energetski pretvarač 1 ima ulogu za mekano povezivanje sa mrežom, dok energetski pretvarač 2 radi kao regulisani otpornik. Ovo rešenje je takođe primenjeno od strane Danskih proizvođača (Vestas), koji su na jedinstven

način rešili problem održavanja kliznih kolutova. Oni su postavili energetski pretvarač 2 na samu osovinu, optički ga povezali sa upravljačkim kolom i time eliminisali klizne kolutove. Opseg regulacije brzine zavisi od veličine energetskog pretvarača 2, a tipične vrednosti su 0-10% iznad sinhrone brzine.

Rešenje sa dvostrukim pretvaračem u rotorskom kolu (Tip C) je veoma popularno u novijim realizacijama i poznato je kao koncept sa dvostrano napajanim asinhronim generatorom (DFIG - Doubly Fed Induction Generator). Energetski pretvarač je oko 30% snage generatora, što ga čini ekonomski atraktivnim, a mogućnosti regulacije su značajno veće nego kod tipa B. Preostali problemi su održavanje kliznih kolutova i zaštita od kvarova u mreži.

ROTOR: Kavezni

ROTOR: Namotani

Energetski pretvarač

Reduktor

Baterija kondenzatora

Mreža a.

Energetski pretvarač Reduktor Mreža b.

ASINHRONI GENERATOR

c.

Energetski Pretvarač 2

Reduktor Mreža

d.

Energetski pretvarač

Reduktor Mreža

Baterija kondenzatora

Energetski Pretvarač 1

Sl.6 Vetroelektrane sa asinhronim generatorom.

Međutim za pogone visokih performansi asinhrona mašina ima nekoliko nedostataka: - rotorski gubici - složenost regulacije u smislu potrebe za estimacijom

klizanja i kompenzacijom promenljivih rotorskih parametara, pre svega rotorske otpornosti

- velike nominalne brzine obrtanja, koje zahtevaju primenu mehaničkih reduktora (multiplikatora) u primenana kod pogona malih brzina obrtanja, kao što je slučaj kod vetrogeneratora.

Razvojem teorije upravljanja, kao i tehnologije koja je omogućila sprovođenje u delo teorijskih zamisli, razvijeno je tzv. vektorsko upravljanje AC mašinama. Takvo upravljanje omogućuje da se nelinearan i nestacionaran objekat upravljanja, kakve predstavljaju asinhrona ili sinhrona mašina, u potpunosti približi performansama jednosmerne (DC) mašine, a u mnogim aspektima ih čak i nadmaši (cena, robusnost, opteretivost, odnos raspoloživog momenta i fizičkih dimenzija…).

Primena ovih metoda upravljanja omogućila je značajne prednosti sinhronih mašina, odnosno sinhronih generatora.

332

Generalno moguća su dva konstruktivna tipa: sa pobudnim namotom na rotoru (slika 7.a,b,c) ili sa permanentnim magnetima, kao pobudom, na rotoru (slika 7.d).

ROTOR sa POBUDNIM NAMOTOM

a.

Energetski pretvarač

Reduktor Mreža

b.

Energetski pretvarač

Reduktor Mreža Energetski pretvarač

c.

Energetski pretvarač

Mreža Energetski pretvarač

Energetski pretvarač Mreža d.

ROTOR sa Permanentnim magnetima

SINHRONI GENERATOR

Sl.7 Vetroelektrane sa sinhronim generatorom.

U prvoj grupi, energetski pretvarači su primenjeni u tri konfiguracije: 1. kao jednostavni ispravljači, čiji zadatak je da obezbede jednosmernu pobudu za rotorski namot (Slika 7.a), 2. kao kombinacija dva pretvarača od kojih je jedan ispravljač, koji obezbeđuje jednosmerno napajanje rotorskog namota, a drugi frekventni pretvarač, koji omogućuje promenljivu brzinu (Slika 7.b) i 3. isto kao 2. konfiguracija, ali pošto je primenjen puno-upravljivi četvorokvadrantni energetski pretvarač, tada je moguća instalacija višepolnog generatora, odnosno rad bez reduktora/multiplikatora (Slika 7.c). Prve dve konfiguracije se relativno retko primenjuju zbog dodatnih troškova održavanja pobudnog namota (klizni kolutovi), a treća konfiguracija je atraktivna zbog velike uštede u reduktoru.

Međutim, u modernim pogonima, sa stanovišta upravljanja, daleko je pogodnija konstrukcija sa sinhronom mašinom sa stalnim magnetima na rotoru (Surface Mounted Synchronous Machine - SMPM). Za izradu stalnih magneta koriste se tzv. retke zemlje (npr. Samarijum-Kobalt). Jedna od osobina ovih retkih zemalja je da čine rotorsku struju zanemarljivom, pa sem preko trenutne vrednosti svoje ugaone pozicije, rotor nema uticaja na dinamičko ponašanje pogona. Ovakav punoupravljivi vetrogenerator, predstavljen na slici 7.d, čine sistem vetro-turbine direktno povezana na sinhroni generator sa stalnim magnetima. Statorski namot generatora je preko punoupravljivog frekventnog pretvarača povezan na mrežu, što mu omogućuje rad sa promenljivom brzinom. Regulacija ovakvog vetrogeneratora ima zadatak da se u svakom trenutku i pri svakoj brzini vetra izvuče maksimalna moguća snaga. Da bi se to obezbedilo, razvijaju se složeni algoritmi vektorskog upravljanja SMSM, koji se kombinuju sa mehaničkom kontrolom zakrenutosti ugla krilaca (pitch upravljanje). Ovakva konfiguracija je

klasifikovana kao tip D i danas predstavlja osnovu za jedinice velikih snaga, preko 1 MW. Prema podacima iz 2002. god. [4], ova rešenja zauzimaju 20,3% tržišta, odnosno imaju 1471,3 MW instalisane snage. 4. UPRAVLJANJE VETROGENERATOROM

U gornjem rešenju primenjen je punoupravljivi energetski elektronski pretvarač, koji se sastoji od puno-upravljivog ispravljača, DC linka i IGBT invertora, slično kao i u nekoliko ranijih konfiguracija, (slika 8). Rad i upravljanje pretvaračem definisani su složenim zakonima pretvaranja energije vetra, obezbeđenja maksimalne snage, kao i principima vektorskog upravljanja i prilagođenja izlaznih karakteristika napona zahtevima mreže.

Na slici 9.a prikazana je zavisnost prinosa snage na turbini pel u funkciji brzine obrtanja turbine n kao familija krivih, od kojih svaka odgovara jednoj brzini vetra vWIND. Da bi se za bilo koju brzinu vWIND omogućio maksimalan priliv snage, potrebno je tako upravljati vetrogeneratorom da on prati krivu pOPT=f(n) [1,3]. Takođe, mogu se uočiti dve oblasti regulacije vetrogeneratora, oblast promenljive brzine (A deo krive), gde se u zavistnosti od brzine vetra reguliše brzina obrtanja, i oblast regulacije snage (B deo krive), koja odgovara brzinama vetra većim od nominalne i gde se izlazna snaga vetrogeneratora održava na nominalnoj vrednosti. Na slici 9.b data je aproksimativna karakteristika vetrogeneratora, koji je modelovan u radu. Kriva zapravo aproksimira pOPT krivu. Na osnovu nje moguće je odrediti referentnu vrednost izlazne snage ref

elp prema trenutnoj vrednosti brzine obrtanja rotora n, a na osnovu koje je dalje moguće odrediti i referentnu vrednost elektromagnetnog momenta.

Sa druge strane, snaga vetra se može modelovati sa 3WINDWIND vp = . Za brzine vetra manje od nominalne

ulazna mehanička snaga pm je jednaka snazi vetra. Međutim, pri brzinama vetra većim od nominalne, potrebno je pm svesti u granice nominalne. Ovo se ostvaruje kontrolom zakrenutosti ugla krilaca.

5. MODEL CELOKUPNOG POGONA

Model celokupnog pogona vetro-elektrane sa sinhronim generatorom sa permanentnim magnetima i puno-upravljivim frekventnim pretvaračem prikazan je na slici 10. Data je upravljačka šema pretvarača povezanog na generator, koji algoritmom opisanim u [5,6] obezbeđuje raspregnutu kontrolu momenta i fluksa generatora. U regulacionoj strukturi regulatora momenta, referenca se očitava iz karakteristike vetrogeneratora )n(fpref

el = sa slike 9.b,

pošto se refelp podeli sa trenutnom brzinom n.

Prikazani model omogućava računarske simulacije različitih radnih režima vetroelektrane u uslovima varjabilne ulazne snage vetra, kao i različitih operativnih situacija na izlazu, odnosno u elektro-energetskom sistemu. Deo ovih rezultata je dat u [6].

333

NS

Tr

SMSM

AC/DC DC/AC MR

EŽ

A

NS

NS

NS

Tr

SMSM

AC/DC DC/AC MR

EŽ

A

Sl. 8 Vetrogenerator sa SMSM upravljan punoupravljivim pretvaračem.

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

1.2

0 0.25 0.5 0.75 1.0 1.25 1.50

pOPT

VWIND1VWIND2

VWIND3

VWIND4

A B

VWIND1> VWIND2> VWIND3> VWIND4

A - promenljiva brzinaB - regulacija snage

n(p.u.)

pel(p.u.)

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

1.2

0 0.25 0.5 0.75 1.0 1.25 1.50

pOPT

VWIND1VWIND2

VWIND3

VWIND4

A B

VWIND1> VWIND2> VWIND3> VWIND4

A - promenljiva brzinaB - regulacija snage

n(p.u.)

pel(p.u.)

1

10,980,7

0,5

n

refelp

1

10,980,7

0,5

n

refelp

a) b)

Sl. 9 a) Karaktristika turbine i oblasti regulacije brzine (A) i snage (B) vetrogeneratora. b) Aproksimativna optimalna radna karakteristika vetrogeneratora.

NS

Tr

pel

n

-te

iq

refqi

-+PI++

)xi(n afSd ψ+⋅⋅

uq

id

)0(i refd =- +PI

+ud-

Sq xin ⋅⋅

abcdq

θ

n

1

1

abci

abcdqabci di

qi

θ

n,θ

afψ

regulacija ugla β

n pel

NS

NS

NS

Tr

pel

n

-te

iq

refqi

-+PI++

)xi(n afSd ψ+⋅⋅

uq

id

)0(i refd =- +PI

+ud-

Sq xin ⋅⋅

abcdq

θ

n

1

1

abci

abcdqabci di

qi

θ

n,θ

afψ

regulacija ugla β

n pel

Sl. 10 Šema upravljanja vetrogeneratorom sa SMSM

6. PARKOVI VETRO-ELEKTRANA Povezivanjem više vetro-elektrana na zajedničku sabirnicu otklanja se problem nestabilnosti, odnosno promenljivosti izlazne snage, a istovremeno se dobija veća snaga. To je razlog što se danas retko postavljaju pojedinačne vetro-elektrane, već se one grupišu u parkove ili farme vetro-elektrana. Uloga energetskih elektronskih pretvarača je i u ovom slučaju od velike važnosti u povezivanju, koordinaciji i upravljanju radom ovih jedinica. Najčešće se javljaju redna i radijalna struktura povezivanja vetro-elektrana. Energetski elektronski pretvarači omogućuju povezivanje na DC nivou, na AC nivou

ili sa dva DC nivoa. U prvom slučaju broj pretvarača je veliki, ali su manjih snaga, dakle jeftiniji. U drugom, broj pretvarača je mnogo manji, ali po snazi odgovaraju snazi jedne radijalne ili redne grane, pa su značajno skuplji u inicijalnoj investiciji. U trećem slučaju, struktura pretvarača je slična kao u drugom, ali je uvođenjem dodatnog DC nivoa omogućeno jednostavnije i efikasnije podmorskim kabelom ili u nekim drugim prilikama. Na slikama 11, 12 i 13 su prikazani gornji slučajevi za rednu i radijalnu strukturu povezivanja vetro-elektrana u parku.

334

DC DC DC

Redna veza6a)

ACDC

DC

DCVeza zvezda

6b)

ACDC

Sl. 11 Veza sa zajedničkim DC linkom: a) redna, b)radijalna.

Redna veza7a)

DC

DC

DC

ACDC

Veza zvezda7b)

Slika 7: Grozdasta grupa turbina sa jednim DC nivoom a) redna veza turbinab) radijalna veza turbina

DC ACDC

Sl. 12 Veza sa zajedničkim AC linkom: a) redna, b) radijalna.

Redna veza

8a)

DC

DC

DC

ACDC

DC

DC

Veza zvezda8b)

Slika 8: Grozdasta grupa turbina sa dva DC nivoa a) redna veza turbinab) radijalna veza turbina

DC ACDC1

DC

DC

DCDC2

Sl. 13 Veza sa dva DC linkom: a) redna, b) radijalna.

7. ZAKLJUČAK

U radu je razmatrana primena energetskih elektronskih pretvarača u savremenim obnovljivim izvorima električne energije, odnosno kod vetro-elektranama. Nije se ulazilo u samu konstrukciju svakog pojedinačnog pretvarača, pošto je to uglavnom poznato i koncepcijski ranije rešeno, nego je cilj bio da se predstavi mesto, uloga i značaj njihove primene.

Pokazuje se da oni imaju ključnu ulogu u novijim rešenjima, gde pored funkcionalnosti, jedan od glavnih kriterijuma je i visoka efikasnost rada ovih vetroelektrana. To je rezultat otvaranja novih mogućnosti kod savremenih energetskih elektronskih pretvarača, gde primenom najnovijih algoritama vektorskog upravljanja se dobija kvalitetna regulacija brzine kompletnog pogona vetroelektrane, kao i mogućnost brzog prilagođavanja rada potrebama i stanjima u mreži.

Posebno je prikazano rešenje punog upravljanja jedinice sa sinhronim generatorom sa stalnim magnetima. Punoupravljivi pretvarač omogućuje raspregnuto upravljanje po fluksu i momentu generatora. Model mehaničkog podsistema, sa modelom vetra i regulatora zakrenutosti krilaca, koji je ukratko opisan u radu, omogućava razvoj algoritma upravljanja vetrogeneratorom visokih performansi.

Problem povezivanja više vetroelektana u parkove (farme) posebno je objašnjen sa stanovišta uloge energetskih elektronskih pretvarača. I tu su oni nezamenjivi, te svojim radom omogućavaju da se u svakoj pojedinačnoj situaciji mesta i primene vetroelektrana nađe optimalno rešenje. 8. LITERATURA 1. Hau E., “Wind-turbines”, Springer-Verlag, New York,

2000. 2. ***, “Directive 2001/77/EC of the European Parliament

and the Council of 27 September 2001 on the promotion of electricity produced from renewable energy sources in the internal electricity market”, Official Journal of the European Communities, 27.10.2001, pp. L283/33–40.

3. Dubois M.R., “Review of Electromechanical Conversion in Wind Turbines, Final Literature Review”, April 2000, TU Delft, Nederland.

4. Thomas Ackermann, “Wind Power in Power Systems“, John Wiley & Sons, Chichester, England, UK, 2005.

5. S.Grabić, N.Čelanović, V.Katić: “Series Converter Stabilized Wind Turbine with Permanent Magnet Synchronous Generator”, 2004 IEEE 35th Annual Power Electronics Specialists Conference (PESC), Aachen (Germany), June 20-25, 2004, pp.464-468.

6. S.Grabić, V.Katić, M.Sakić: “Vetrogenerator sa sinhronom mašinom sa stalnim magnetima upravljan punoupravljivim pretvaračem“, 27. Savetovanje JUKO-CIGRE, Zlatibor, Maj/Jun 2005, Knjiga II, R B4-06.

Abstract – The paper considers the application of electronic power converters in contemporary reewable energy sources, i.e. in wind turbines. The goal was to present their position, role and the importance of their application. It is shown that they hold the key role in novel solutions, where one of the main criteria besides functionality is a high efficiency of these wind turbines. Searately shown is the solution of full control over the unit with a synchronous generator with permanent magnets. A model is gove of the mechanical subsystem with the models of wind and of the flap slant regulator which enables the development of a control algorithm for high-performance wind generators. The problem of connecting a larger number of wind turbines into parks (farms) is separately described from the point of view of electronic power converters. It is shown that these are also indispensable here and that their operation enables optimum solutions under different operating conditions.

METHODS OF POWER CONVERTERS APPLICATION FOR RENEWABLE ENERGY

SOURCES

Vladimir Katić, Stevan Grabić

335