風力発電用の新しいアメリカンスタイル箱型変電所の設計に関する簡単な議論
はじめに
風力エネルギーは清潔で再生可能なエネルギー源であり、世界中の国々の注目を集めています。その保有量は非常に大きく、全世界の風力エネルギー資源は約2.74×10⁹ MW、そのうち利用可能な風力エネルギーは2.0×10⁷ MWです。中国では、風力エネルギーの保有量が大きく、広範囲に分布しており、開発と利用の可能性が巨大です。
近年、風力発電は急速に発展しており、それに伴って使用される箱型変電所は主にアメリカンスタイルの箱型変電所（以下、風力アメリカンスタイル変電所という）です。
現在、一般的な風力発電用の風力アメリカンスタイル変電所は「一機一変電所」タイプであり、つまり一台の風力タービン（以下、風力タービンという）に対して一台の風力アメリカンスタイル変電所を設置します。この構成では、風力発電所内の風速が非常に低い場合、風力タービンは過小負荷で動作し、風力タービンの資源の浪費につながりやすいです。2010年3月、当社は内モンゴルのある風力発電所向けに31基の新しいタイプの「二機一変電所」風力アメリカンスタイル変電所を設計しました。つまり、二台の風力タービンに対して一台の風力アメリカンスタイル変電所を設置します。
変電所技術パラメータの決定
製品モデル: ZCSF - Z.F - 1000/36.75/0.69/0.4
定格容量
高圧: 1000kVA
低圧1: 820kVA
低圧2: 180kVA
定格電圧
高圧: 36.75kV
低圧1: 0.69kV（対応する風力アメリカンスタイル変電所の定格容量は820kVA、対応する風力タービンの出力は750kW）
低圧2: 0.4kV（対応する風力アメリカンスタイル変電所の定格容量は180kVA、対応する風力タービンの出力は160kW）
接続グループ: Dyn11yn11
分接範囲: ±2×2.5%
短絡インピーダンス: 7%（定格電圧および周波数下、高圧巻線の定格容量に基づく半通電インピーダンス）
定格電流
高圧: 15.71A
低圧1: 686.1A
低圧2: 259.8A3
変電所の動作原理と概略図
設計院および風力タービンメーカーと連絡を取り、彼らが31基の三相複合型共タンク分割型端子型アメリカンスタイル箱型変電所を要求していることがわかりました。これらの変電所のトランスフォーマーには低圧二分割構造が必要であり、二つの低圧側の電圧は等しくありませんでした。
動作原理: ユーザーは同じ軸上に異なる出力をもつ二つの風力タービンを設置しました。風力タービン1は同期風力タービンで、出力750kW、定格電圧690Vです。風力タービン2は非同期風力タービンで、出力160kW、定格電圧400Vです。ユーザーは各風力タービンごとに風力発電所内の風速に応じて自動的に風力タービンを選択する装置を設置しました。この装置は風速に基づいてどの風力タービンを使用するかを自動的に選択することができます。
箱型変電所は風力タービンの三つの異なる出力に応じて適切な容量を出力することができます。風速が非常に低い場合、出力160kWの小さな風力タービンを選択して動作させ、このときの変電所の出力容量は180kVAです。風速が比較的高い場合、出力750kWの大きな風力タービンを選択して動作させ、このときの変電所の出力容量は820kVAです。風速が非常に高い場合、両方の風力タービンを選択して同時に動作させ、このときの変電所の出力容量は全容量1000kVAです。そのため、トランスフォーマーは軸方向に二分割された「低-高-低」構造に設計されました。690Vの低圧巻線が最も内側に配置され、高圧巻線が中間に、400Vの低圧巻線が最も外側に配置されています。各風力アメリカンスタイル変電所はトランスフォーマールーム、高圧ケーブルルーム、高低圧操作ルームから構成されています。低圧操作ルームにはそれぞれ690Vと400Vの低圧遮断器が設置されており、それぞれの低圧側を制御することができます。これは二つの低圧操作ルームを持っていることに相当します。
変電所の動作原理の概略図は図1に示されています。
変電所の適用効果
ユーザーは風速に応じて異なる出力の風力タービンを選択できるため、風力タービンの資源の浪費問題を完全に解決し、エネルギーを節約することができます。
ユーザーは「一機一変電所」モデルと比較して一台少ない変電所を購入することができ、風力アメリカンスタイル変電所により風力発電所の初期投資コストを最小限に抑え、資源の利用効率を向上させることができます。
トランスフォーマーは「低-高-低」構造を採用しており、変電所の短絡インピーダンスを増加させることができます。これにより、短絡電流を効果的に制限し、変電所の運転信頼性を向上させることができます。
