Breve discusión sobre o deseño dun novo subcentro eléctrico tipo caixa de estilo americano para xeración de enerxía eólica

Introdución

Como fonte de enerxía limpa e renovábel, a enerxía eólica atrai cada vez máis a atención dos países de todo o mundo. As súas reservas son enormes. Os recursos globais de enerxía eólica ascenden aproximadamente a 2,74×10⁹ MW, dos cales os recursos eólicos explotables son 2,0×10⁷ MW. Na China, as reservas de enerxía eólica son grandes, ampliamente distribuídas e o potencial de desenvolvemento e utilización é enorme.

A xeración de enerxía eólica desenvolveuse rapidamente nos últimos anos, e as subestacións en caja utilizadas en conxunto con ela son en gran parte subestacións en caja do estilo americano (en adiante denominadas subestacións eólicas de estilo americano).

Actualmente, as subestacións eólicas de estilo americano convexas para a xeración de enerxía eólica son do tipo "unha máquina-uns subestación", é dicir, un aerxenerador (en adiante denominado aerxenerador) está equipado con unha subestación eólica de estilo americano. Con esta configuración, cando a velocidade do vento no parque eólico é moi baixa, o aerxenerador funcionará sobrecargado, causando facilmente un desperdicio dos recursos do aerxenerador. En marzo de 2010, a nosa empresa deseñou 31 novas subestacións eólicas de estilo americano do tipo "dous maquinas-uns subestación" para un determinado parque eólico en Inner Mongolia, é dicir, dous aerxeneradores están equipados coa mesma subestación eólica de estilo americano.

Determinación dos Parámetros Técnicos da Subestación

• Modelo do Produto: ZCSF - Z.F - 1000/36.75/0.69/0.4

• Capacidade Nominal

• Alta tensión: 1000kVA

• Baixa tensión 1: 820kVA

• Baixa tensión 2: 180kVA

• Tensión Nominal

• Alta tensión: 36.75kV

• Baixa tensión 1: 0.69kV (A capacidade nominal da subestación eólica de estilo americano correspondente é 820kVA, e a potencia do aerxenerador correspondente é 750kW)

• Baixa tensión 2: 0.4kV (A capacidade nominal da subestación eólica de estilo americano correspondente é 180kVA, e a potencia do aerxenerador correspondente é 160kW)

• Grupo de conexión: Dyn11yn11

• Rango de tomas: ±2×2.5%

• Impedancia de cortocircuito: 7% (Baxa tensión e frecuencia nominais, baseado na impedancia de medio camiño da capacidade nominal da bobina de alta tensión)

• Corrente Nominal

• Alta tensión: 15.71A

• Baixa tensión 1: 686.1A

• Baixa tensión 2: 259.8A3 

Principio de Funcionamento e Diagrama Esquemático da Subestación

Despois de contactar co instituto de deseño e co fabricante de aerxeneradores, determinouse que requirían 31 subestacións en caja de estilo americano trifásicas, combinadas, de tanque común, divididas e terminales. O transformador nestas subestacións necesitaba ter unha estrutura de dobre división en baixa tensión, e as tensións dos dous lados de baixa tensión non eran iguais.

Principio de Funcionamento: O usuario instalou dous aerxeneradores de potencias desiguais no mesmo eixo. O aerxenerador 1 é un aerxenerador síncrono cunha potencia de 750kW e unha tensión nominal de 690V; o aerxenerador 2 é un aerxenerador asíncrono cunha potencia de 160kW e unha tensión nominal de 400V. O usuario instalou un dispositivo para cada aerxenerador para seleccionar automaticamente o aerxenerador segundo a velocidade do vento no parque eólico. Este dispositivo pode escoller automaticamente cal aerxenerador usar en función da velocidade do vento.

A subestación en caja pode emitir capacidades correspondentes segundo as tres potencias diferentes dos aerxeneradores. Cando a velocidade do vento é moi baixa, seleccionase o aerxenerador de 160kW de pequena potencia para operar, e a capacidade de saída da subestación neste momento é 180kVA; cando a velocidade do vento é relativamente alta, seleccionase o aerxenerador de 750kW de gran potencia para operar, e a capacidade de saída da subestación é 820kVA; cando a velocidade do vento é moi alta, seleccionanse ambos os aerxeneradores para operar simultaneamente, e a capacidade de saída da subestación neste momento é a capacidade total de 1000kVA. Para este fin, o transformador foi deseñado cunha estrutura de dobre división axial "baixa-alta-baixa". A bobina de baixa tensión de 690V está envolta no lado máis interno, a bobina de alta tensión está no medio, e a bobina de baixa tensión de 400V está envolta no lado máis externo. Cada subestación eólica de estilo americano consta dunha sala de transformador, unha sala de cable de alta tensión e unha sala de operación de alta e baixa tensión. Na sala de operación de baixa tensión, instálanse respectivamente un interruptor de circuito de 690V e un de 400V, que poden controlar os seus respectivos lados de baixa tensión, equivalendo a ter dúas salas de operación de baixa tensión.

O diagrama esquemático do principio de funcionamento da subestación amósase na Figura 1.

Efectos de Aplicación da Subestación

•  Xa que o usuario pode seleccionar automaticamente aerxeneradores de diferentes potencias segundo a velocidade do vento, isto pode resolver completamente o problema do desperdicio dos recursos dos aerxeneradores e ahorrar enerxía.

• O usuario pode adquirir unha subestación menos (en comparación co modelo "unha máquina-uns subestación"), o que é beneficioso para minimizar o custo inicial de investimento do usuario no parque eólico e mellorar a eficiencia de utilización dos recursos das subestacións eólicas de estilo americano.

• O transformador adopta unha estrutura "baixa-alta-baixa", que aumenta a impedancia de cortocircuito da subestación. Como consecuencia, pode restrinxir eficazmente a corrente de cortocircuito e aumentar a fiabilidade operativa da subestación.