Una Breu Discussió sobre el Disseny d'una Nova Subestació en Caixa Estil American per a la Generació d'Energia Eòlica

Introducció

Com a font d'energia neta i renovable, l'energia eòlica ha atraït cada vegada més l'atenció dels països de tot el món. Les seves reserves són enormes. Els recursos globals d'energia eòlica ascendeixen aproximadament a 2,74×10⁹ MW, dels quals l'energia eòlica explotable és de 2,0×10⁷ MW. A la Xina, les reserves d'energia eòlica són grans, estan ampliament distribuïdes i el potencial de desenvolupament i utilització és enorme.

La generació d'energia eòlica s'ha desenvolupat ràpidament en els darrers anys, i les subestacions tancades utilitzades en conjunt amb aquesta són principalment subestacions tancades d'estil americà (d'ara endavant anomenades subestacions eòliques d'estil americà).

Actualment, les subestacions eòliques d'estil americà convencionals per a la generació d'energia eòlica són del tipus "una màquina-una subestació", és a dir, un aerogenerador (d'ara endavant anomenat aerogenerador) està equipat amb una subestació eòlica d'estil americà. Amb aquesta configuració, quan la velocitat del vent al parc eòlic és molt baixa, l'aerogenerador funcionarà sobrecarregat, facilitant l'escombraria dels recursos dels aerogeneradors. En març de 2010, la nostra companyia va dissenyar 31 noves subestacions eòliques d'estil americà del tipus "dues màquines-una subestació" per a un determinat parc eòlic a Mongolia Interior, és a dir, dos aerogeneradors estan equipats amb la mateixa subestació eòlica d'estil americà.

Determinació dels paràmetres tècnics de la subestació

• Model de producte: ZCSF - Z.F - 1000/36.75/0.69/0.4

• Capacitat nòminal

• Alta tensió: 1000kVA

• Baixa tensió 1: 820kVA

• Baixa tensió 2: 180kVA

• Tensió nòminal

• Alta tensió: 36.75kV

• Baixa tensió 1: 0.69kV (La capacitat nòminal de la subestació eòlica d'estil americà corresponent és de 820kVA, i la potència corresponent de l'aerogenerador és de 750kW)

• Baixa tensió 2: 0.4kV (La capacitat nòminal de la subestació eòlica d'estil americà corresponent és de 180kVA, i la potència corresponent de l'aerogenerador és de 160kW)

• Grup de connexió: Dyn11yn11

• Interval de regulació: ±2×2.5%

• Impedància de curtcircuit: 7% (Sota la tensió i freqüència nòminals, basat en la impedància semipassant de la capacitat nòminal de l'enrotllament d'alta tensió)

• Corrent nòminal

• Alta tensió: 15.71A

• Baixa tensió 1: 686.1A

• Baixa tensió 2: 259.8A3 

Principi de funcionament i diagrama esquemàtic de la subestació

Després de contactar amb l'institut de disseny i el fabricant d'aerogeneradors, es va determinar que necessitaven 31 subestacions tancades d'estil americà trifàsiques, combinades, de tanca comuna, dividides i terminal. El transformador d'aquestes subestacions necessitava tenir una estructura doble dividida de baixa tensió, i les tensions dels dos costats de baixa tensió no eren iguals.

Principi de funcionament: L'usuari va instal·lar dos aerogeneradors amb potències diferents en el mateix eix. L'aerogenerador 1 és un aerogenerador síncron amb una potència de 750kW i una tensió nòminal de 690V; l'aerogenerador 2 és un aerogenerador asincrònic amb una potència de 160kW i una tensió nòminal de 400V. L'usuari va instal·lar un dispositiu per a cada aerogenerador per seleccionar automàticament l'aerogenerador segons la velocitat del vent al parc eòlic. Aquest dispositiu pot seleccionar automàticament quin aerogenerador utilitzar basant-se en la velocitat del vent.

La subestació tancada pot produir capacitats corresponents segons les tres potències diferents dels aerogeneradors. Quan la velocitat del vent és molt baixa, s'escull l'aerogenerador de 160kW de baixa potència per a la operació, i la capacitat de sortida de la subestació en aquest moment és de 180kVA; quan la velocitat del vent és relativament alta, s'escull l'aerogenerador de 750kW de gran potència per a la operació, i la capacitat de sortida de la subestació és de 820kVA; quan la velocitat del vent és molt alta, s'escullen simultàniament els dos aerogeneradors per a la operació, i la capacitat de sortida de la subestació en aquest moment és la capacitat total de 1000kVA. Amb aquest propòsit, el transformador va ser dissenyat amb una estructura doble dividida axial "baixa-alta-baixa". L'enrotllament de baixa tensió de 690V està situat en el costat més interior, l'enrotllament d'alta tensió està al mig, i l'enrotllament de baixa tensió de 400V està situat en el costat més exterior. Cada subestació eòlica d'estil americà consta d'una sala de transformadors, una sala de cables d'alta tensió i una sala d'operació d'alta i baixa tensió. A la sala d'operació de baixa tensió, es van instal·lar respectivament un interruptor de circuit de 690V i un de 400V, que poden controlar els seus propis costats de baixa tensió, equivalent a tenir dues sales d'operació de baixa tensió.

El diagrama esquemàtic del principi de funcionament de la subestació es mostra a la Figura 1.

Efectes de l'aplicació de la subestació

•  Com que l'usuari pot seleccionar automàticament aerogeneradors de diferents potències segons la velocitat del vent, això pot resoldre completament el problema de l'escombraria dels recursos dels aerogeneradors i ahorrar energia.

• L'usuari pot comprar una subestació menys (en comparació amb el model "una màquina-una subestació"), el que és beneficiós per minimitzar el cost inicial d'investigació de la subestació eòlica d'estil americà al parc eòlic i millorar l'eficiència d'ús dels recursos.

• El transformador adopta una estructura "baixa-alta-baixa", que augmenta la impedància de curtcircuit de la subestació. Com a conseqüència, pot restringir eficaçment la corrent de curtcircuit i augmentar la fiabilitat operativa de la subestació.