Kratka rasprava o dizajnu nove američke kutije tipa transformatora za proizvodnju vjetroenergetike

Uvod

Kao čista i obnovljiva izvor energije, vjetrova energija sve više privlači pažnju zemalja diljem svijeta. Njene rezerve su ogromne. Ukupni globalni resursi vjetra iznose približno 2,74×10⁹ MW, od kojih je iskorištivo 2,0×10⁷ MW. U Kini, rezerve vjetra su velike, široko raspršene, te potencijal za razvoj i iskorištavanje ogroman.

Proizvodnja elektricitete iz vjetra brzo se razvila u posljednjih godina, a kutije pretvorbe koje se koriste uz nju uglavnom su američke kutije pretvorbe (u daljnjem tekstu nazivaju se vjetroelektrane američkog tipa).

Trenutno, konvencionalne vjetroelektrane američkog tipa za proizvodnju elektricitete iz vjetra su tipa "jedna mašina - jedna pretvorba", to jest, svaki generator vjetra (u daljnjem tekstu nazivaju se generatori vjetra) opremljen je s jednom vjetroelektranom američkog tipa. S ovim postavljanjem, kada je brzina vjetra na vjetrofarmi vrlo niska, generator vjetra radi podoptimalno, lako dovodeći do odbačivanja resursa generatora vjetra. U ožujku 2010. godine, naša tvrtka dizajnirala je 31 novog tipa "dve mašine - jedna pretvorba" vjetroelektrana američkog tipa za određenu vjetrofarmu u Vnutarnjoj Mongoliji, to jest, dva generatora vjetra su opremljena istom vjetroelektranom američkog tipa.

Određivanje tehničkih parametara pretvorbe

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

• Nominirana snaga

• Visokonaponska: 1000kVA

• Niskonaponska 1: 820kVA

• Niskonaponska 2: 180kVA

• Nominirano napona

• Visokonaponska: 36.75kV

• Niskonaponska 1: 0.69kV (nominirana snaga odgovarajuće vjetroelektrane američkog tipa je 820kVA, a nominirana snaga odgovarajućeg generatora vjetra 750kW)

• Niskonaponska 2: 0.4kV (nominirana snaga odgovarajuće vjetroelektrane američkog tipa je 180kVA, a nominirana snaga odgovarajućeg generatora vjetra 160kW)

• Grupa spojeva: Dyn11yn11

• Raspon tapova: ±2×2.5%

• Kratični impedans: 7% (pod nominiranim naponom i frekvencijom, temeljeno na polovici kratičnog impedansa nominirane snage visokonaponskog zavoja)

• Nominirani struja

• Visokonaponska: 15.71A

• Niskonaponska 1: 686.1A

• Niskonaponska 2: 259.8A3 

Način rada i shema pretvorbe

Nakon kontaktiranja dizajnerskog instituta i proizvođača generatora vjetra, utvrđeno je da su im potrebne 31 trofazne, kombinirane, zajedničkog spremnika, razdvojene, terminalne američke kutije pretvorbe. Transformator u tim pretvorbama trebao je imati strukturu sa dvostrukim niskonaponskim razdvajanjem, a naponi na dvije niskonaponske strane nisu bili jednaki.

Način rada: Korisnik je instalirao dva generatora vjetra nejednakih snaga na istoj osi. Generator vjetra 1 je sinkroni generator vjetra s snagom od 750kW i nominiranim naponom od 690V; Generator vjetra 2 je asinkroni generator vjetra s snagom od 160kW i nominiranim naponom od 400V. Za svaki generator vjetra korisnik je instalirao uređaj za automatski odabir generatora vjetra prema brzini vjetra na vjetrofarmi. Taj uređaj može automatski odabrati koji generator vjetra koristiti ovisno o brzini vjetra.

Kutija pretvorbe može isporučiti odgovarajuće kapacitete prema tri različite snage generatora vjetra. Kada je brzina vjetra vrlo niska, odabire se generator vjetra mali snage od 160kW, a kapacitet isporuke pretvorbe tada iznosi 180kVA; kada je brzina vjetra relativno visoka, odabire se generator vjetra velike snage od 750kW, a kapacitet isporuke pretvorbe iznosi 820kVA; kada je brzina vjetra vrlo visoka, odaberu se oba generatora vjetra istodobno, a kapacitet isporuke pretvorbe tada iznosi pun kapacitet od 1000kVA. Za tu svrhu, transformator je dizajniran u strukturi s dvostrukim osnim razdvajanjem "nisko-visoko-nisko". Niskonaponski zavoj od 690V je stavljen unutar najunutrašnjeg dijela, visokonaponski zavoj je u sredini, a niskonaponski zavoj od 400V je stavljen unutar najspoljnijeg dijela. Svaka vjetroelektrana američkog tipa sastoji se od sobe transformatora, sobe visokonaponskog kabela i sobe za operaciju visokog i niskog napona. U sobi za operaciju niskog napona instalirani su po jedan niskonaponski prekidač od 690V i 400V, koji mogu kontrolirati svoje odgovarajuće niskonaponske strane, što je ekvivalentno imanju dvije sobe za operaciju niskog napona.

Shema načina rada pretvorbe prikazana je na slici 1.

Efekti primjene pretvorbe

•  Budući da korisnik može automatski odabrati generatore vjetra različitih snaga prema brzini vjetra, to može potpuno riješiti problem odbačivanja resursa generatora vjetra i uštedjeti energiju.

• Korisnik može kupiti jednu manju pretvorbu (usprkos modelu "jedna mašina - jedna pretvorba"), što je korisno za vjetroelektrane američkog tipa kako bi minimalizirale predhodne uloške korisnika u vjetrofarmi i poboljšale efikasnost iskorištavanja resursa.

• Transformator usvaja strukturu "nisko-visoko-nisko", što povećava kratični impedans pretvorbe. Tako može učinkovito ograničiti kratičnu struju i povećati pouzdanost rada pretvorbe.