Kratek pregled oblikovanja nove ameriškega stila škatenske transformacijske postaje za proizvodnjo električne energije iz vetra

Uvod

Kot čist in obnovljiv vir energije je veter začel vse bolj privabljati pozornost držav po celem svetu. Njegove rezerve so ogromne. Skupne globalne virovine energije znašajo približno 2,74×10⁹ MW, od tega je izkoriščljiva energija vjetra 2,0×10⁷ MW. V Kitajski so rezerve energije vjetra velike, široko razpršene in potencial za njihovo razvoj in uporabo ogromen.

V zadnjih letih se je hitro razvijala proizvodnja električne energije iz vjetra, pri čemer se pogosto uporabljajo ameriškega tipa kontejnerske postaje (v nadaljevanju se bodo imenovali vetrne ameriške kontejnerske postaje).

Trenutno so konvencionalne vetrne ameriške kontejnerske postaje za proizvodnjo električne energije iz vjetra tipa "ena naprava – ena postaja", to pomeni, da je vsaka veterna turbine (v nadaljevanju se bo imenovala veterna turbine) opremljena s svojo vetrno ameriško kontejnersko postajo. S tem postavitvijo, ko je hitrost vjetra na vetrni elektrarni zelo nizka, deluje veterna turbina podobremenjeno, kar lahko povzroči zamenjavo virov veternih turbin. V marcu 2010 smo za določeno vetrno elektrarno v Vnutrnjem Mongoliji razvrstili 31 novih tipov vetrnih ameriških kontejnerskih postaj "dve napravi – ena postaja", to pomeni, da sta dve veterni turbinici opremljeni z isto vetrno ameriško kontejnersko postajo.

Določitev tehničnih parametrov postaje

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

• Nominirana moč

• Visokonapetostna: 1000kVA

• Nizkonapetostna 1: 820kVA

• Nizkonapetostna 2: 180kVA

• Nominirana napetost

• Visokonapetostna: 36.75kV

• Nizkonapetostna 1: 0.69kV (nominirana moč ustreznega vetrnega ameriškega kontejnera znaša 820kVA, ustrezen močni vodilnik vetrne turbine znaša 750kW)

• Nizkonapetostna 2: 0.4kV (nominirana moč ustreznega vetrnega ameriškega kontejnera znaša 180kVA, ustrezen močni vodilnik vetrne turbine znaša 160kW)

• Povezovanje skupin: Dyn11yn11

• Obseg tapa: ±2×2.5%

• Kratkoročna impedanca: 7% (pri nominirani napetosti in frekvenci, glede na polovico prehodne impedancije nominirane moči visokonapetostnega vijaka)

• Nominirani tok

• Visokonapetostna: 15.71A

• Nizkonapetostna 1: 686.1A

• Nizkonapetostna 2: 259.8A3 

Načelo delovanja in shematski diagram postaje

Po stiku z zavodom za oblikovanje in proizvajalcem vetrnih turbin smo ugotovili, da so zahtevali 31 tri-faznih, kombiniranih, skupnih rezervoar, razdeljenih, terminalnih, ameriških kontejnerskih postaj. V ti postaji je bilo potrebno, da transformator ima strukturo z dvema nizkonapetostnima deloma, kjer nista napetosti dveh nizkonapetostnih strani enaki.

Načelo delovanja: Uporabnik je namestil dve vetrni turbinici z različnimi močmi na istem valju. Vetrna turbina 1 je sinkrona vetrna turbina z močjo 750kW in nominirano napetostjo 690V; vetrna turbina 2 je asinkrona vetrna turbina z močjo 160kW in nominirano napetostjo 400V. Uporabnik je za vsako vetrno turbino namestil napravo, ki avtomatsko izbere vetrno turbino glede na hitrost vjetra v vetrni elektrarni. Ta naprava lahko avtomatsko izbere, katero vetrno turbino uporabiti glede na hitrost vjetra.

Kontejnerska postaja lahko izda ustreznou moč glede na tri različne moči vetrnih turbin. Ko je hitrost vjetra zelo nizka, se izbere vetrna turbina z manjšo močjo 160kW, pri čemer je izhodna moč postaje 180kVA; ko je hitrost vjetra relativno visoka, se izbere vetrna turbina z večjo močjo 750kW, pri čemer je izhodna moč postaje 820kVA; ko je hitrost vjetra zelo visoka, se hkrati izbereta obe vetrni turbinici, pri čemer je izhodna moč postaje v celoti 1000kVA. Za to namen je bil transformator oblikovan v osno dvojno razdeljeno strukturo "nizko – visoko – nizko". Nizkonapetostni vijak 690V je naslonjen na najbolj notranji del, visokonapetostni vijak je v sredini, nizkonapetostni vijak 400V pa je naslonjen na najbolj zunanji del. Vsaka vetrna ameriška kontejnerska postaja se sestavlja iz sobe za transformator, sobe za visokonapetostne kablove in sobe za operacijo visokih in nizkih napetosti. V sobi za nizkonapetostno operacijo je nameščen en nizkonapetostni preklopnik 690V in en nizkonapetostni preklopnik 400V, ki lahko kontrolirata svoje nizkonapetostne strani, kar je enakovredno dvema sobama za nizkonapetostno operacijo.

Shematski diagram načela delovanja postaje je prikazan na Sliki 1.

 Uporabni učinki postaje

•  Ker uporabnik lahko avtomatsko izbere vetrne turbine z različnimi močmi glede na hitrost vjetra, to popolnoma reši problem zamenjave virov vetrnih turbin in shrani energijo.

• Uporabnik lahko kupi eno manj postajo (v primerjavi z modelom "ena naprava – ena postaja"), kar je koristno za vetrne ameriške kontejnerske postaje, da zmanjšajo predhodne investicijske stroške uporabnika v vetrni elektrarni in povečajo učinkovitost rabe virov.

• Transformator uporablja strukturo "nizko – visoko – nizko", s čimer se poveča kratkoročna impedanca postaje. Tako lahko učinkovito omeji kratkoročni tok in poveča varnost delovanja postaje.