Краткое обсуждение проектирования новой американской бокс-подстанции для ветрогенерации

Введение

В качестве чистого и возобновляемого источника энергии ветровая энергия все больше привлекает внимание стран по всему миру. Ее запасы огромны. Общие мировые ресурсы ветровой энергии составляют примерно 2,74×10⁹ МВт, из которых эксплуатируемая ветровая энергия составляет 2,0×10⁷ МВт. В Китае запасы ветровой энергии велики, широко распределены, и потенциал для развития и использования огромен.

За последние годы ветроэнергетика развивалась быстрыми темпами, и используемые в сочетании с ней блочные подстанции в основном являются американскими блочными подстанциями (в дальнейшем называемыми ветровыми американскими подстанциями).

В настоящее время традиционные ветровые американские подстанции для ветроэнергетики имеют тип "один генератор - одна подстанция", то есть один ветрогенератор (далее - ветрогенератор) оснащен одной ветровой американской подстанцией. При такой конфигурации, когда скорость ветра на ветропарке очень низкая, ветрогенератор будет работать с недогрузкой, что легко приведет к ущербу от неиспользования ресурсов ветрогенератора. В марте 2010 года наша компания разработала 31 новую "два генератора - одна подстанция" ветровую американскую подстанцию для определенного ветропарка во Внутренней Монголии, то есть два ветрогенератора оснащены одной и той же ветровой американской подстанцией.

Определение технических параметров подстанции

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

• Номинальная мощность

• Высокое напряжение: 1000 кВА

• Низкое напряжение 1: 820 кВА

• Низкое напряжение 2: 180 кВА

• Номинальное напряжение

• Высокое напряжение: 36.75 кВ

• Низкое напряжение 1: 0.69 кВ (номинальная мощность соответствующей ветровой американской подстанции составляет 820 кВА, а мощность соответствующего ветрогенератора составляет 750 кВт)

• Низкое напряжение 2: 0.4 кВ (номинальная мощность соответствующей ветровой американской подстанции составляет 180 кВА, а мощность соответствующего ветрогенератора составляет 160 кВт)

• Группа соединений: Dyn11yn11

• Диапазон регулировки: ±2×2.5%

• Короткое замыкание: 7% (при номинальном напряжении и частоте, на основе полусквозного сопротивления номинальной мощности высоковольтной обмотки)

• Номинальный ток

• Высокое напряжение: 15.71 А

• Низкое напряжение 1: 686.1 А

• Низкое напряжение 2: 259.8 А3 

Принцип работы и схема подстанции

После контактов с проектным институтом и производителем ветрогенераторов было установлено, что им требуются 31 трехфазные, комбинированные, общебаковые, разделенные, терминальные американские блочные подстанции. Трансформаторы в этих подстанциях должны иметь структуру с двойным разделением низкого напряжения, и напряжения двух сторон низкого напряжения не равны.

Принцип работы: Пользователь установил два ветрогенератора с разной мощностью на одной оси. Ветрогенератор 1 - это синхронный ветрогенератор с мощностью 750 кВт и номинальным напряжением 690 В; Ветрогенератор 2 - это асинхронный ветрогенератор с мощностью 160 кВт и номинальным напряжением 400 В. Пользователь установил устройство для каждого ветрогенератора, которое автоматически выбирает ветрогенератор в зависимости от скорости ветра на ветропарке. Это устройство может автоматически выбирать, какой ветрогенератор использовать, исходя из скорости ветра.

Блочная подстанция может выдавать соответствующую мощность в соответствии с тремя различными мощностями ветрогенераторов. Когда скорость ветра очень низкая, выбирается ветрогенератор мощностью 160 кВт, и выходная мощность подстанции в этот момент составляет 180 кВА; когда скорость ветра относительно высокая, выбирается ветрогенератор мощностью 750 кВт, и выходная мощность подстанции составляет 820 кВА; когда скорость ветра очень высокая, оба ветрогенератора выбираются для одновременной работы, и выходная мощность подстанции в этот момент составляет полную мощность 1000 кВА. Для этого трансформатор был спроектирован с двойным осевым разделением "низкое-высокое-низкое". Низковольтная обмотка 690 В расположена на внутренней стороне, высоковольтная обмотка - посередине, а низковольтная обмотка 400 В - на внешней стороне. Каждая ветровая американская подстанция состоит из помещения трансформатора, помещения высоковольтных кабелей и помещения операций высокого и низкого напряжения. В помещении операций низкого напряжения установлены по одному выключателю низкого напряжения 690 В и 400 В, которые могут контролировать свои соответствующие стороны низкого напряжения, что эквивалентно наличию двух помещений операций низкого напряжения.

Схема принципа работы подстанции показана на рисунке 1.

Эффекты применения подстанции

• Поскольку пользователь может автоматически выбирать ветрогенераторы с разной мощностью в зависимости от скорости ветра, это полностью решает проблему ущерба от неиспользования ресурсов ветрогенераторов и экономит энергию.

• Пользователь может приобрести на одну подстанцию меньше (по сравнению с моделью "один генератор - одна подстанция"), что выгодно для минимизации первоначальных затрат пользователя на ветропарк и повышения эффективности использования ресурсов.

• Трансформатор имеет структуру "низкое-высокое-низкое", что увеличивает короткое замыкание подстанции. В результате это эффективно ограничивает ток короткого замыкания и повышает надежность работы подстанции.