Breve Discussione sulla Progettazione di una Nuova Cabina Elettrica Stile Americano per la Generazione Eolica

Introduzione

Come fonte di energia pulita e rinnovabile, l'energia eolica ha attirato sempre più l'attenzione dei paesi di tutto il mondo. Le sue risorse sono enormi. Le risorse globali di energia eolica ammontano a circa 2,74×10⁹ MW, di cui l'energia eolica sfruttabile è di 2,0×10⁷ MW. In Cina, le riserve di energia eolica sono grandi, ampiamente distribuite e il potenziale di sviluppo e utilizzo è enorme.

La generazione di energia eolica si è sviluppata rapidamente negli ultimi anni, e le sottostazioni a scatola utilizzate in combinazione con essa sono principalmente sottostazioni a scatola di tipo americano (da ora in poi definite sottostazioni eoliche di tipo americano).

Attualmente, le convenzionali sottostazioni eoliche di tipo americano per la generazione di energia eolica sono di tipo "una macchina - una sottostazione", ovvero, un aerogeneratore (da ora in poi definito aerogeneratore) è dotato di una sottostazione eolica di tipo americano. Con questa configurazione, quando la velocità del vento nel parco eolico è molto bassa, l'aerogeneratore funzionerà sotto carico, causando facilmente lo spreco delle risorse dell'aerogeneratore. Nel marzo 2010, la nostra azienda ha progettato 31 nuove sottostazioni eoliche di tipo americano "due macchine - una sottostazione" per un certo parco eolico nella Mongolia Interna, ovvero, due aerogeneratori sono dotati della stessa sottostazione eolica di tipo americano.

Determinazione dei Parametri Tecnici della Sottostazione

• Modello del Prodotto: ZCSF - Z.F - 1000/36.75/0.69/0.4

• Potenza Nominala

• Alta Tensione: 1000kVA

• Bassa Tensione 1: 820kVA

• Bassa Tensione 2: 180kVA

• Tensione Nominala

• Alta Tensione: 36.75kV

• Bassa Tensione 1: 0.69kV (La potenza nominala della corrispondente sottostazione eolica di tipo americano è 820kVA, e la potenza corrispondente dell'aerogeneratore è 750kW)

• Bassa Tensione 2: 0.4kV (La potenza nominala della corrispondente sottostazione eolica di tipo americano è 180kVA, e la potenza corrispondente dell'aerogeneratore è 160kW)

• Gruppo di Connessione: Dyn11yn11

• Gamma di Regolazione: ±2×2.5%

• Impedenza a Cortocircuito: 7% (Sotto tensione e frequenza nominali, basata sull'impedenza semipassante della capacità nominala dell'avvolgimento ad alta tensione)

• Corrente Nominala

• Alta Tensione: 15.71A

• Bassa Tensione 1: 686.1A

• Bassa Tensione 2: 259.8A3 

Principio di Funzionamento e Diagramma Schematica della Sottostazione

Dopo aver contattato l'istituto di progettazione e il produttore degli aerogeneratori, è stato determinato che richiedevano 31 sottostazioni a scatola trifase, combinate, a serbatoio comune, a sezioni divise, terminali, di tipo americano. Il trasformatore in queste sottostazioni doveva avere una struttura a doppia divisione a bassa tensione, e le tensioni dei due lati a bassa tensione non erano uguali.

Principio di Funzionamento: L'utente ha installato due aerogeneratori con potenze diverse sullo stesso asse. L'aerogeneratore 1 è un aerogeneratore sincrono con una potenza di 750kW e una tensione nominala di 690V; l'aerogeneratore 2 è un aerogeneratore asincrono con una potenza di 160kW e una tensione nominala di 400V. L'utente ha installato un dispositivo per ogni aerogeneratore per selezionare automaticamente l'aerogeneratore in base alla velocità del vento nel parco eolico. Questo dispositivo può scegliere automaticamente quale aerogeneratore utilizzare in base alla velocità del vento.

La sottostazione a scatola può fornire capacità corrispondenti alle tre diverse potenze degli aerogeneratori. Quando la velocità del vento è molto bassa, viene selezionato l'aerogeneratore da 160kW a bassa potenza, e la capacità di uscita della sottostazione in questo caso è di 180kVA; quando la velocità del vento è relativamente alta, viene selezionato l'aerogeneratore da 750kW a grande potenza, e la capacità di uscita della sottostazione è di 820kVA; quando la velocità del vento è molto alta, vengono selezionati entrambi gli aerogeneratori per operare contemporaneamente, e la capacità di uscita della sottostazione in questo caso è la capacità totale di 1000kVA. A questo scopo, il trasformatore è stato progettato con una struttura a doppia divisione assiale "bassa-alta-bassa". L'avvolgimento a bassa tensione da 690V è posizionato all'interno, l'avvolgimento ad alta tensione al centro, e l'avvolgimento a bassa tensione da 400V all'esterno. Ogni sottostazione eolica di tipo americano è composta da una stanza del trasformatore, una stanza dei cavi ad alta tensione e una stanza di operazione ad alta e bassa tensione. Nella stanza di operazione a bassa tensione, sono installati rispettivamente un interruttore a bassa tensione da 690V e uno da 400V, che possono controllare i loro lati a bassa tensione, equivalendo a due stanze di operazione a bassa tensione.

Il diagramma schematica del principio di funzionamento della sottostazione è mostrato nella Figura 1.

Effetti Applicativi della Sottostazione

• Poiché l'utente può selezionare automaticamente aerogeneratori di diverse potenze in base alla velocità del vento, ciò può risolvere completamente il problema dello spreco delle risorse degli aerogeneratori e risparmiare energia.

• L'utente può acquistare una sottostazione in meno (rispetto al modello "una macchina - una sottostazione"), il che è vantaggioso per le sottostazioni eoliche di tipo americano per minimizzare il costo iniziale di investimento dell'utente nel parco eolico e migliorare l'efficienza di utilizzo delle risorse.

• Il trasformatore adotta una struttura "bassa-alta-bassa", che aumenta l'impedenza a cortocircuito della sottostazione. Di conseguenza, può limitare efficacemente la corrente a cortocircuito e migliorare l'affidabilità operativa della sottostazione.