Lyhyt keskustelu uuden amerikkalaisen laatikkomuotoisen järjestelyaseman suunnittelusta tuulivoiman tuotantoon

Johdanto

Tuulivoima on puhdas ja uusiutuva energianlähde, joka on yhä enemmän kiinnostanut maailmanlaajuisesti. Varustot ovat valtavia. Maailman tuulivoimavarannot ovat noin 2,74×10⁹ MW, joista hyödynnettävissä oleva tuulivoima on 2,0×10⁷ MW. Kiinassa tuulivoiman varastot ovat suuret, laajalti levitettyjä, ja niiden kehittämisen ja käytön potentiaali on valtava.

Tuulivoiman sähköntuotanto on viime vuosina kehittynyt nopeasti, ja sen yhteydessä käytettyjä laatikkomuotoisia alijakoasemia ovat pääasiassa amerikkalaiset laatikkomuotoiset alijakoasemat (tästä eteenpäin viitattuina tuuli-amerikkalaisina alijakoasemina).

Tällä hetkellä perinteiset tuuli-amerikkalaiset alijakoasemat tuulivoiman sähköntuotannossa ovat "yksi-kone-yksi-asema" -tyyppisiä, eli yksi tuulivoimakone (tästä eteenpäin viitattuna tuulivoimakone) on varustettu yhdellä tuuli-amerikkalaisella alijakoasemalla. Tällä asettelulla, kun tuulivoimalan tuulen nopeus on hyvin alhainen, tuulivoimakone toimii alihitatuina, mikä helposti aiheuttaa tuulivoimakoneresurssien hävikkiä. Maaliskuussa 2010 yritymme suunnitteli 31 uuden tyyppistä "kahden-koneen-yksi-asema" tuuli-amerikkalaista alijakoasemaa tietylle Inner Mongolian tuulivoimalalle, eli kaksi tuulivoimakonetta on varustettu samalla tuuli-amerikkalaisella alijakoasemalla.

Alijakoaaseman teknisten parametrien määrittely

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

• Nominoidtu kapasiteetti

• Korkeanpaineinen: 1000kVA

• Alipaine 1: 820kVA

• Alipaine 2: 180kVA

• Nominoidtu jännite

• Korkeanpaineinen: 36.75kV

• Alipaine 1: 0.69kV (vastaavan tuuli-amerikkalaisen alijakoaseman nominoidtu kapasiteetti on 820kVA, ja vastaavan tuulivoimakoneen tehokkuus on 750kW)

• Alipaine 2: 0.4kV (vastaavan tuuli-amerikkalaisen alijakoaseman nominoidtu kapasiteetti on 180kVA, ja vastaavan tuulivoimakoneen tehokkuus on 160kW)

• Yhdistysryhmä: Dyn11yn11

• Pistevaihtelualue: ±2×2.5%

• Lyhytsolmuimpedanssi: 7% (nominoidulla jännitteellä ja taajuudella, korkeanpaineisen kympin puoliksen läpi impedanssin perusteella)

• Nominoidtu virta

• Korkeanpaineinen: 15.71A

• Alipaine 1: 686.1A

• Alipaine 2: 259.8A3 

Alijakoaaseman toimintaperiaate ja piirikaavio

Suunnittelutoimiston ja tuulivoimakonetehtaan kanssa sovitun jälkeen päätettiin, että he tarvitsivat 31 kolmifaseista, yhdistelmätyyppistä, yhteisrullista, jakautuneita, loppupistemuotoista amerikkalaista laatikkomuotoista alijakoasemaa. Nämä alijakoasemat tarvitsivat muuntimen, jolla oli alipaininen kaksoijako-rakenne, ja kahden alipainepuolen jännitteet eivät olleet samat.

Toimintaperiaate: Käyttäjä asensi samaan akseliin kaksi eri tehokkuudeltaan tuulivoimakonetta. Tuulivoimakone 1 on synkroninen tuulivoimakone, jonka teho on 750kW ja nominoidtu jännite 690V; Tuulivoimakone 2 on epäsynkroninen tuulivoimakone, jonka teho on 160kW ja nominoidtu jännite 400V. Jokaiselle tuulivoimakoneelle käyttäjä asensi laitteen, joka valitsee automaattisesti tuulivoimakoneen tuulivoimalan tuulen nopeuden mukaan. Tämä laite voi automaattisesti valita, mikä tuulivoimakone käytetään tuulen nopeuden perusteella.

Laatikkomuotoinen alijakoasema voi tuottaa vastaavia kapasiteetteja kolmen eri tehokkuuden tuulivoimakoneen mukaan. Kun tuulen nopeus on hyvin alhainen, valitaan pienillä tehoilla toimiva 160kW:n tuulivoimakone, ja alijakoaseman tuotantokapasiteetti tällöin on 180kVA; kun tuulen nopeus on suurempi, valitaan suurella tehoilla toimiva 750kW:n tuulivoimakone, ja alijakoaseman tuotantokapasiteetti on 820kVA; kun tuulen nopeus on hyvin korkea, molemmat tuulivoimakoneet valitaan samanaikaiseksi toimintaan, ja alijakoaseman tuotantokapasiteetti tällöin on täysi kapasiteetti 1000kVA. Tämän tarkoituksessa muuntin suunniteltiin aksiaalisesti kaksoijakoiseksi "alipaini-korkeapaini-alipaini" -rakenteeksi. 690V:n alipaininen kympi on ulkoisin, korkeanpaineinen kympi keskellä, ja 400V:n alipaininen kympi sisäisin. Jokainen tuuli-amerikkalainen alijakoasema koostuu muuntimihuoneesta, korkeanpaineisesta kaapelihuoneesta ja korkean- ja alipainisesta operointihuoneesta. Alipainisessa operointihuoneessa on asennettu yksi 690V:n ja yksi 400V:n alipaininen särkyntä, jotka voivat hallita omia alipainepuoliaan, mikä vastaa kahden alipainisen operointihuoneen olemassaoloa.

Alijakoaaseman toimintaperiaatteen piirikaavio näkyy kuvassa 1.

 Alijakoaaseman sovelluseffektit

•  Koska käyttäjä voi automaattisesti valita eri tehokkuudeltaan tuulivoimakoneita tuulen nopeuden mukaan, tämä voi täysin ratkaista tuulivoimakoneresurssien hävikkiprobleeman ja säästää energiaa.

• Käyttäjä voi ostaa yhden vähemmän alijakoaseman (vertailtaessa "yksi-kone-yksi-asema" -malliin), mikä on hyödyllistä tuuli-amerikkalaisten alijakoasemien käyttäjälle vähentää etukäteen investointikustannuksia tuulivoimalassa ja parantaa resurssien hyödyntämiseffektiivisyyttä.

• Muuntin "alipaini-korkeapaini-alipaini" -rakenne lisää alijakoaseman lyhytsolmuimpedanssin. Seuraavasti se voi tehokkaasti rajoittaa lyhytsolmuvirtaa ja parantaa alijakoaseman toiminnan luotettavuutta.