Eine kurze Diskussion über das Design einer neuen amerikanischen Kasten-Unterstation für Windkraftanlagen

Einführung

Als saubere und erneuerbare Energiequelle hat Windenergie zunehmend die Aufmerksamkeit von Ländern weltweit auf sich gezogen. Die Reserven sind enorm. Die globalen Windenergieressourcen betragen etwa 2,74×10⁹ MW, wovon die nutzbare Windenergie 2,0×10⁷ MW beträgt. In China sind die Windenergiemengen groß, weit verbreitet, und das Potenzial für Entwicklung und Nutzung ist immens.

Die Windkraftgewinnung hat in den letzten Jahren rasant an Fahrt aufgenommen, und die dafür verwendeten Schaltanlagen sind meist amerikanische Kompakt-Schaltanlagen (im Folgenden als Windkraft-amerikanische Kompakt-Schaltanlagen bezeichnet).

Derzeit sind die herkömmlichen Windkraft-amerikanischen Kompakt-Schaltanlagen für die Windkraftgewinnung vom Typ "eine Maschine – eine Schaltanlage", d.h. eine Windturbine (im Folgenden als Windturbine bezeichnet) wird mit einer Windkraft-amerikanischen Kompakt-Schaltanlage ausgestattet. Bei dieser Konfiguration operiert die Windturbine bei sehr geringer Windgeschwindigkeit im Windpark unter Last, was leicht zu einem Verschwendung der Windturbinenressourcen führen kann. Im März 2010 entwarf unser Unternehmen 31 neue "zwei Maschinen – eine Schaltanlage" Windkraft-amerikanische Kompakt-Schaltanlagen für einen bestimmten Windpark in Innermongolei, d.h. zwei Windturbinen werden mit der gleichen Windkraft-amerikanischen Kompakt-Schaltanlage ausgestattet.

Festlegung der technischen Parameter der Schaltanlage

• Produktmodell: ZCSF - Z.F - 1000/36.75/0.69/0.4

• Nennleistung

• Hochspannung: 1000 kVA

• Niederspannung 1: 820 kVA

• Niederspannung 2: 180 kVA

• Nennspannung

• Hochspannung: 36,75 kV

• Niederspannung 1: 0,69 kV (Die Nennleistung der entsprechenden Windkraft-amerikanischen Kompakt-Schaltanlage beträgt 820 kVA, und die entsprechende Leistung der Windturbine beträgt 750 kW)

• Niederspannung 2: 0,4 kV (Die Nennleistung der entsprechenden Windkraft-amerikanischen Kompakt-Schaltanlage beträgt 180 kVA, und die entsprechende Leistung der Windturbine beträgt 160 kW)

• Schaltgruppe: Dyn11yn11

• Spannungsschwankungsbereich: ±2×2,5 %

• Kurzschlussimpedanz: 7 % (bei Nennspannung und Frequenz, basierend auf dem Halbdurchgangswiderstand der Nennleistung des Hochspannungswicklers)

• Nennstrom

• Hochspannung: 15,71 A

• Niederspannung 1: 686,1 A

• Niederspannung 2: 259,8 A

Arbeitsprinzip und Schaltbild der Schaltanlage

Nach Kontakt mit dem Entwurfsinstitut und dem Hersteller der Windturbinen wurde festgelegt, dass sie 31 dreiphasige, kombinierte, gemeinsame Tank, geteilte, terminalartige amerikanische Kompakt-Schaltanlagen benötigten. Der Transformator in diesen Schaltanlagen musste eine Doppelsplit-Struktur auf der Niederspannungsseite haben, und die Spannungen der beiden Niederspannungsseiten waren nicht gleich.

Arbeitsprinzip: Der Benutzer installierte zwei Windturbinen mit unterschiedlicher Leistung auf der gleichen Welle. Windturbine 1 ist eine synchrone Windturbine mit einer Leistung von 750 kW und einer Nennspannung von 690 V; Windturbine 2 ist eine asynchrone Windturbine mit einer Leistung von 160 kW und einer Nennspannung von 400 V. Der Benutzer installierte ein Gerät für jede Windturbine, um die Windturbine automatisch nach der Windgeschwindigkeit im Windpark auszuwählen. Dieses Gerät kann automatisch entscheiden, welche Windturbine basierend auf der Windgeschwindigkeit verwendet wird.

Die Kompakt-Schaltanlage kann entsprechende Leistungen nach den drei verschiedenen Leistungen der Windturbinen ausgeben. Bei sehr geringer Windgeschwindigkeit wird die 160-kW-Windturbine mit geringerer Leistung ausgewählt, und die Ausgabeleistung der Schaltanlage beträgt dann 180 kVA; bei relativ hoher Windgeschwindigkeit wird die 750-kW-Windturbine mit hoher Leistung ausgewählt, und die Ausgabeleistung der Schaltanlage beträgt 820 kVA; bei sehr hoher Windgeschwindigkeit werden beide Windturbinen gleichzeitig ausgewählt, und die Ausgabeleistung der Schaltanlage beträgt dann die volle Leistung von 1000 kVA. Zu diesem Zweck wurde der Transformator in eine axial doppelt gesplittete "Niederspannung-Hochspannung-Niederspannung"-Struktur entworfen. Die 690-V-Niederspannungswicklung ist auf der innersten Seite angeordnet, die Hochspannungswicklung in der Mitte, und die 400-V-Niederspannungswicklung auf der äußersten Seite. Jede Windkraft-amerikanische Kompakt-Schaltanlage besteht aus einem Transformatorraum, einem Hochspannungskabelraum und einem Hoch- und Niederspannungs-Bedieneraum. Im Niederspannungs-Bedieneraum sind jeweils ein 690-V- und ein 400-V-Niederspannungssicherungsschalter installiert, die ihre jeweiligen Niederspannungsseiten steuern können, was gleichbedeutend mit zwei Niederspannungs-Bedieneräumen ist.

Das Schaltbild des Arbeitsprinzips der Schaltanlage ist in Abbildung 1 dargestellt.

Anwendungs-Effekte der Schaltanlage

• Da der Benutzer automatisch Windturbinen mit unterschiedlicher Leistung nach der Windgeschwindigkeit auswählen kann, kann dies das Problem der Verschwendung von Windturbinenressourcen vollständig lösen und Energie sparen.

• Der Benutzer muss eine Schaltanlage weniger kaufen (im Vergleich zum Modell "eine Maschine – eine Schaltanlage"), was für Windkraft-amerikanische Kompakt-Schaltanlagen vorteilhaft ist, um die vorherrschenden Investitionskosten im Windpark zu minimieren und die Ressourceneffizienz zu verbessern.

• Der Transformator verwendet eine "Niederspannung-Hochspannung-Niederspannung"-Struktur, die die Kurzschlussimpedanz der Schaltanlage erhöht. Dadurch kann die Kurzschlussströmung wirksam eingeschränkt und die Betriebssicherheit der Schaltanlage gesteigert werden.