Общественные электросети — это очень сложные системы. Производители ветряных турбин должны соблюдать технические рекомендации при подключении новых турбин, чтобы не подвергать риску стабильность сети. В проекте Mobil-Grid-CoP исследователи из Института ветроэнергетических систем Фраунгофера (IWES) разработали мобильную испытательную платформу, которая позволяет проводить реалистичные испытания при полной нагрузке, даже на морских ветряных турбинах на открытом воздухе. Эта технология помогает в процессе проверки и сертификации турбин и поддерживает преобразование энергоснабжения с целью использования большего количества возобновляемых источников энергии.

Подключение ветровых турбин к общественной электросети — это огромная проблема для производителей. Недостаточно просто проверить функциональность новых турбин, подключить их и ввести в эксплуатацию — они также должны соответствовать предельным значениям электрических свойств, указанным в применимых правилах подключения, и компенсировать динамические события, такие как короткие замыкания и колебания частоты. Производители получают сертификат на свою установку только после завершения полного спектра испытаний и процедур сертификации.

«Это необходимо сделать именно так, поскольку электросети представляют собой чрезвычайно сложные системы , и каждая ветряная турбина должна помогать поддерживать их стабильность», — говорит Геза Квисторф, руководитель группы силовой электроники и сетевой интеграции в Институте ветроэнергетических систем имени Фраунгофера (IWES) в Бремерхафене.

Однако, поскольку турбины становятся больше как по выходу, так и по размеру, они перерастают испытательные системы, которые определяют, соответствует ли новая ветровая турбина или ферма соответствующим правилам. Это особенно касается крупных морских ветряных турбин .

В рамках своего исследовательского проекта Mobil-Grid-CoP (название, которое относится к мобильному испытательному стенду для испытаний на соответствие сети) Fraunhofer IWES разработал мобильный испытательный стенд, который способен испытывать даже очень большие ветровые турбины с выходной мощностью до 28 мегавольт-ампер (МВА). В результате производители могут получать сертификацию гораздо быстрее, чем раньше.

Тестовая система, имитирующая общественную сеть

Из-за огромного роста числа ветровых электростанций на море исследователи Фраунгофера сосредоточили свои усилия на крупных морских турбинах в своих опытно-конструкторских работах. Поэтому испытательный стенд рассчитан на типичный уровень напряжения на море 66 кВ, что означает, что даже крупные турбины могут быть испытаны в реалистичных условиях при полной нагрузке.

«Наша тестовая система представляет собой эмулятор сети, который переключается между общественной сетью и тестовым объектом, имитируя электрическое поведение электросети для тестового объекта. Общественная сеть никоим образом не подвергается риску во время этого процесса», — объясняет Кисторф.

Во время теста система проверяет такие свойства, как поведение при изменении частоты, кратковременных изменениях напряжения или сбоях в сети, таких как короткое замыкание, — все в реальном времени. На каждое событие ветряная турбина должна реагировать в течение миллисекунд. В случае короткого замыкания и последующего падения напряжения, например, с 66 кВ до 0 кВ, турбина должна поддерживать сеть с помощью так называемого реактивного тока. В отличие от активной мощности, реактивная мощность не является полезной мощностью, которая в конечном итоге достигает потребителя; вместо этого она необходима для создания напряжения в сети.

Испытательный стенд в крупногабаритных транспортируемых контейнерах

Испытательный объект получает только свой единичный сертификат и может быть введен в эксплуатацию только после того, как он продемонстрирует все требуемые характеристики, эксплуатационные характеристики и возможности. Испытательный стенд размещается в больших контейнерах, которые транспортируются к месту расположения прототипов турбин.

В случае с офшорными ветряными турбинами они обычно возводятся на побережье. Контейнеры включают в себя такие компоненты, как трансформаторы и преобразователи. Команда Fraunhofer использует коммерчески доступные стандартные модули для компонентов, а исследователи берут на себя задачу программирования программного обеспечения для испытаний и анализа.

Mobil-Grid-CoP предлагает целый ряд очевидных преимуществ для сектора ветроэнергетики. Он дает производителям возможность проводить надежные, реалистичные и подробные испытания своих прототипов, чтобы убедиться, что они готовы к сертификации. Это позволяет им снизить риск необходимости переделывать турбины перед вводом их в эксплуатацию и помогает им быстрее пройти процесс сертификации и ввода в эксплуатацию. Испытательный стенд также позволяет с легкостью проводить ретроспективные обновления или модернизационные мероприятия на турбине.

В институте Fraunhofer IWES мобильный испытательный центр также может быть объединен с другими испытательными стендами в рамках мер по расширению инфраструктуры — все благодаря гибкой настройке центра.

Тестовая платформа для будущего

По сравнению с традиционными испытательными системами исследователи Института Фраунгофера пошли на шаг дальше с Mobil-Grid-CoP.

«Наша цель — разработать технологическую платформу, которая облегчит гибкое тестирование ветряных турбин на основе сценариев. В связи с быстрым развитием перехода на возобновляемые источники энергии новые правила подключения, которые пока неизвестны, могут вступить в силу всего через несколько лет. С Mobil-Grid-CoP мы готовы к этому», — объясняет руководитель проекта Квисторф.

Благодаря своей работе Fraunhofer IWES в Бремерхафене играет ключевую роль в ускорении перехода энергосетей на возобновляемые источники энергии.