Una Breve Discusión sobre el Diseño de un Nuevo Centro de Transformación Estilo Americano para la Generación de Energía Eólica
Introducción
Como fuente de energía limpia y renovable, la energía eólica ha atraído cada vez más la atención de los países de todo el mundo. Sus reservas son enormes. Los recursos globales de energía eólica ascienden aproximadamente a 2,74×10⁹ MW, de los cuales la energía eólica explotable es de 2,0×10⁷ MW. En China, las reservas de energía eólica son grandes, ampliamente distribuidas y el potencial de desarrollo y utilización es enorme.
La generación de energía eólica se ha desarrollado rápidamente en los últimos años, y las subestaciones tipo caja utilizadas en conjunto con ella son en su mayoría subestaciones tipo caja de estilo americano (en adelante, subestaciones eólicas de estilo americano).
Actualmente, las subestaciones eólicas de estilo americano convencionales para la generación de energía eólica son del tipo "una máquina-una subestación", es decir, un aerogenerador (en adelante, aerogenerador) está equipado con una subestación eólica de estilo americano. Con esta configuración, cuando la velocidad del viento en el parque eólico es muy baja, el aerogenerador operará subcargado, lo que puede causar fácilmente el desperdicio de los recursos del aerogenerador. En marzo de 2010, nuestra empresa diseñó 31 nuevas subestaciones eólicas de estilo americano del tipo "dos máquinas-una subestación" para un determinado parque eólico en Mongolia Interior, es decir, dos aerogeneradores están equipados con la misma subestación eólica de estilo americano.
Determinación de los Parámetros Técnicos de la Subestación
Modelo del Producto: ZCSF - Z.F - 1000/36.75/0.69/0.4
Capacidad Nominal
Alta tensión: 1000kVA
Baja tensión 1: 820kVA
Baja tensión 2: 180kVA
Tensión Nominal
Alta tensión: 36.75kV
Baja tensión 1: 0.69kV (La capacidad nominal de la subestación eólica de estilo americano correspondiente es de 820kVA, y la potencia del aerogenerador correspondiente es de 750kW)
Baja tensión 2: 0.4kV (La capacidad nominal de la subestación eólica de estilo americano correspondiente es de 180kVA, y la potencia del aerogenerador correspondiente es de 160kW)
Grupo de Conexión: Dyn11yn11
Rango de Grifos: ±2×2.5%
Impedancia de Cortocircuito: 7% (Bajo tensión y frecuencia nominales, basada en la impedancia a media recorrida de la capacidad nominal del devanado de alta tensión)
Corriente Nominal
Alta tensión: 15.71A
Baja tensión 1: 686.1A
Baja tensión 2: 259.8A3
Principio de Funcionamiento y Diagrama Esquemático de la Subestación
Después de contactar con el instituto de diseño y el fabricante de aerogeneradores, se determinó que requerían 31 subestaciones tipo caja de estilo americano trifásicas, combinadas, de tanque común, divididas y terminales. El transformador en estas subestaciones necesitaba tener una estructura de doble división de baja tensión, y las tensiones de los dos lados de baja tensión no eran iguales.
Principio de Funcionamiento: El usuario instaló dos aerogeneradores de potencias diferentes en el mismo eje. El aerogenerador 1 es un aerogenerador síncrono con una potencia de 750kW y una tensión nominal de 690V; el aerogenerador 2 es un aerogenerador asíncrono con una potencia de 160kW y una tensión nominal de 400V. El usuario instaló un dispositivo para cada aerogenerador para seleccionar automáticamente el aerogenerador según la velocidad del viento en el parque eólico. Este dispositivo puede elegir automáticamente qué aerogenerador utilizar según la velocidad del viento.
La subestación tipo caja puede entregar capacidades correspondientes según las tres potencias diferentes de los aerogeneradores. Cuando la velocidad del viento es muy baja, se selecciona para la operación el aerogenerador de 160kW de baja potencia, y la capacidad de salida de la subestación en este momento es de 180kVA; cuando la velocidad del viento es relativamente alta, se selecciona para la operación el aerogenerador de 750kW de alta potencia, y la capacidad de salida de la subestación es de 820kVA; cuando la velocidad del viento es muy alta, se seleccionan ambos aerogeneradores para la operación simultánea, y la capacidad de salida de la subestación en este momento es la capacidad total de 1000kVA. Para esto, el transformador fue diseñado con una estructura de doble división axial "baja-alta-baja". El devanado de baja tensión de 690V está ubicado en el lado más interno, el devanado de alta tensión está en el medio, y el devanado de baja tensión de 400V está ubicado en el lado más externo. Cada subestación eólica de estilo americano consta de una sala de transformadores, una sala de cables de alta tensión y una sala de operación de alta y baja tensión. En la sala de operación de baja tensión, se instalan respectivamente un interruptor automático de 690V y uno de 400V, que pueden controlar sus respectivos lados de baja tensión, equivalente a tener dos salas de operación de baja tensión.
El diagrama esquemático del principio de funcionamiento de la subestación se muestra en la Figura 1.
Efectos de Aplicación de la Subestación
Dado que el usuario puede seleccionar automáticamente aerogeneradores de diferentes potencias según la velocidad del viento, esto puede resolver completamente el problema del desperdicio de los recursos de los aerogeneradores y ahorrar energía.
El usuario puede adquirir una subestación menos (en comparación con el modelo "una máquina-una subestación"), lo cual es beneficioso para que las subestaciones eólicas de estilo americano minimicen el costo inicial de inversión del usuario en el parque eólico y mejoren la eficiencia de utilización de los recursos.
El transformador adopta una estructura "baja-alta-baja", lo que aumenta la impedancia de cortocircuito de la subestación. Como consecuencia, puede restringir eficazmente la corriente de cortocircuito y mejorar la confiabilidad operativa de la subestación.
