Коротке обговорення проектування нового американського коробкового підстанції для вітрової енергетики

Вступ

Як чистий та відновлюваний джерело енергії, вітрова енергія все більше привертає увагу країн по всьому світі. Її запаси величезні. Загальні світові ресурси вітрової енергії становлять приблизно 2,74×10⁹ МВ, з яких можна використовувати 2,0×10⁷ МВ. В Китаї запаси вітрової енергії великі, широко розподілені, і потенціал їх розвитку та використання великий.

У останні роки виробництво електроенергії за рахунок вітрової енергії розвивалося швидко, і коробкові підстанції, які використовуються разом з ним, переважно американського типу (далі — вітрові американські підстанції).

На даний момент звичайні вітрові американські підстанції для виробництва електроенергії за рахунок вітрової енергії є типу "один-генератор-одна-підстанція", тобто одному вітровому генератору (далі — вітровий генератор) встановлюється одна вітрова американська підстанція. При такій конфігурації, коли швидкість вітру на вітряній фермі дуже низька, вітровий генератор буде працювати з перенавантаженням, що легко призводить до витрат ресурсів вітрового генератора. У березні 2010 року наша компанія спроектувала 31 нових типу "дві-машина-одна-підстанція" вітрові американські підстанції для певної вітряної ферми в автономній області Внутрішньої Монголії, тобто двом вітровим генераторам встановлюється одна вітрова американська підстанція.

Визначення технічних параметрів підстанції

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

• Номінальна потужність

• Високовольтна: 1000 кВА

• Низьковольтна 1: 820 кВА

• Низьковольтна 2: 180 кВА

• Номінальне напруга

• Високовольтна: 36.75 кВ

• Низьковольтна 1: 0.69 кВ (номінальна потужність відповідної вітрової американської підстанції становить 820 кВА, а потужність відповідного вітрового генератора — 750 кВт)

• Низьковольтна 2: 0.4 кВ (номінальна потужність відповідної вітрової американської підстанції становить 180 кВА, а потужність відповідного вітрового генератора — 160 кВт)

• Група з'єднання: Dyn11yn11

• Діапазон регулювання: ±2×2.5%

• Короткозамкнутий опір: 7% (при номінальній напругі та частоті, на основі половинного опору номінальної потужності високовольтного обмотування)

• Номінальний струм

• Високовольтний: 15.71 А

• Низьковольтний 1: 686.1 А

• Низьковольтний 2: 259.8 А

Принцип роботи та схема підстанції

Після звернення до проектного інституту та виробника вітрових генераторів було визначено, що вони потребують 31 трифазних, комбінованих, спільних баків, роздільних, термінальних американських коробкових підстанцій. Трансформатори в цих підстанціях повинні мати подвійну роздільну структуру низьковольтного обмотування, а напруги двох низьковольтних сторін не дорівнюють одна одній.

Принцип роботи: Користувач встановив два вітрових генератори з різною потужністю на одному валу. Вітровий генератор 1 — синхронний генератор з потужністю 750 кВт та номінальною напругою 690 В; Вітровий генератор 2 — асинхронний генератор з потужністю 160 кВт та номінальною напругою 400 В. Користувач встановив пристрій для кожного вітрового генератора, щоб автоматично вибирати вітровий генератор відповідно до швидкості вітру на вітряній фермі. Цей пристрій може автоматично вибирати, який вітровий генератор використовувати відповідно до швидкості вітру.

Коробкова підстанція може виводити відповідні потужності відповідно до трьох різних потужностей вітрових генераторів. Коли швидкість вітру дуже низька, вибирається вітровий генератор з малою потужністю 160 кВт, і виведена потужність підстанції в цей час становить 180 кВА; коли швидкість вітру відносно висока, вибирається вітровий генератор з великою потужністю 750 кВт, і виведена потужність підстанції становить 820 кВА; коли швидкість вітру дуже висока, вибираються обидва вітрові генератори одночасно, і виведена потужність підстанції в цей час становить повну потужність 1000 кВА. Для цього трансформатор був спроектований з аксіальною подвійною розділовою структурою "низьке-високе-низьке". Низьковольтне обмотування 690 В встановлено найближче, високовольтне обмотування — посередині, а низьковольтне обмотування 400 В — найбільш зовні. Кожна вітрова американська підстанція складається з камер трансформатора, високовольтного кабельного приміщення та приміщення високо-низьковольтного управління. У приміщенні низьковольтного управління встановлено один низьковольтний вимикач 690 В та один низьковольтний вимикач 400 В, які можуть керувати своїми відповідними низьковольтними сторонами, що еквівалентно двом приміщенням низьковольтного управління.

Схема принципу роботи підстанції показана на рисунку 1.

Ефекти використання підстанції

• Оскільки користувач може автоматично вибирати вітрові генератори різної потужності відповідно до швидкості вітру, це може повністю вирішити проблему витрат ресурсів вітрових генераторів та зберегти енергію.

• Користувач може придбати на одну меншу підстанцію (порівняно з моделлю "один-генератор-одна-підстанція"), що сприяє мінімізації передплатних витрат користувача на вітряній фермі та підвищенню ефективності використання ресурсів.

• Трансформатор має структуру "низьке-високе-низьке", що збільшує короткозамкнутий опір підстанції. В результаті це може ефективно обмежити короткозамкнутий струм та підвищити надійність роботи підстанції.