Overvoltage filtering solutions for wind turbine drives

Abstract

Modern frequency converters equipped with semiconductor switches enable high switching frequencies, which along with long cables can cause harmful overvoltages to drive components. In wind turbine drives the distance between the frequency converter and the generator can be significantly over 100 meters and therefore filtering is often necessary to avoid the overvoltages.

This thesis covers the theory of the causes behind overvoltage phenomena and methods of filtering them. The objective of the thesis is to find the most effective solution for filtering both differential-mode and common-mode overvoltages. Several filtering solutions are simulated in order to compare their performance and losses. Based on the results of simulations, a diode clamped du/dt filter is chosen to be implemented. The functionality of the filter is also proven with prototype measurements.

Nykyaikaisten puolijohdekytkimillä toteutettujen taajuusmuuttajien suuret kytkentätaajuudet mahdolliset pitkät kaapelit taajuusmuuttajan ja sähkökoneen välissä voivat aiheuttaa sähkökäytön komponenteille haitallisia ylijännitepiikkejä. Tuulivoimaloissa generaattorin ja taajuusmuuttajan välimatka voi olla merkittävästi yli 100 metriä, jolloin jännitteen suodattaminen on monesti välttämätöntä ylijännitteiden välttämiseksi.

Diplomityössä käydään läpi ylijännittepiikkien syntymisen teoriaa sekä ratkaisuja niiden suodatukseen. Työn tarkoitus on löytää toimivin ratkaisu suodattamaan sekä ero- että yhteismuotoisia ylijänniteitä. Simulointien perusteella tehokkaimmaksi ratkaisuksi osoittautuneen diodeilla toteutettuun jänniteleikkuriin yhdistetyn du/dt-suodattimen toimivuus todistetaan myös prototyyppimittauksilla.