Μια απλοποιημένη διάταξη ανεμογεννήτριων εξοπλισμένων με αμερικανικού τύπου κουτί-τρανσφορματόρες

Η παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας από τον άνεμο, ως ανανεώσιμη και καθαρή πηγή ενέργειας, διαθέτει σχετικά ωριμές τεχνολογία και έχει γνωρίσει ταχύ ανάπτυξη στην Κίνα τα τελευταία χρόνια. Εκτιμάται ότι μέχρι το 2010, η συνολική εγκατεστημένη ισχύ θα φτάσει στα 1.8×10⁴ MW. Η παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας από τον άνεμο χαρακτηρίζεται από μικρή περίοδο κατασκευής, γρήγορα αποτελέσματα και τα πιο οικονομικά πλεονεκτήματα. Συνήθως, απαιτείται μόνο περίπου ένα έτος για να κατασκευαστεί ένα πάρκο ανεμογεννήτριας 50 MW. Μετά την ολοκλήρωση, το κόστος λειτουργίας είναι χαμηλό, ενώ το φόρτο λειτουργίας και συντήρησης είναι σχετικά μικρός.

Επισκόπηση των Επιλεγμένων Μετατροπέων Αύξησης Ισχύος για Πάρκα Ανεμογεννήτριας

Κάθε μονάδα ανεμογεννήτριας είναι εξοπλισμένη με έναν μετατροπέα αύξησης, που χρησιμοποιείται για την αύξηση της παραγόμενης τάσης (0.69 kV) και τη σύνδεσή της με τις εσωτερικές συλλέκτριες του πάρκου ανεμογεννήτριας. Για τη σύνδεση χρησιμοποιείται η μονάδα σύνδεσης "ένας μηχανισμός - ένας μετατροπέας". Οι συλλέκτριες συνδέονται με το δίκτυο ηλεκτρικής ενέργειας μέσω της υποσταθμίδας αύξησης της ισχύος του πάρκου ανεμογεννήτριας. Σήμερα, οι επιλεγμένοι μετατροπείς περιλαμβάνουν κυρίως τρία είδη: κοινοί ενδιάφυτοι μετατροπείς (λιγότερο συχνά χρησιμοποιούμενοι), ευρωπαϊκοί προσαρμοσμένοι υποσταθμίδες και αμερικανικοί προσαρμοσμένοι υποσταθμίδες (επίσης γνωστοί ως αμερικανικοί κουτιάρες υποσταθμίδες). Από αυτούς, οι αμερικανικοί κουτιάρες υποσταθμίδες χρησιμοποιούνται πιο συχνά.

Σε σύγκριση με τους ευρωπαϊκούς προσαρμοσμένους υποσταθμίδες, οι αμερικανικοί κουτιάρες υποσταθμίδες έχουν τα πλεονεκτήματα της συμπαγούς δομής, πλήρους σφραγίσεως, μικρού όγκου, χρήσης γωνιακών πλαγίων καλωδίων, απουσίας προστασίας αερίων και εύκολης λειτουργίας και συντήρησης. Οι αμερικανικοί κουτιάρες υποσταθμίδες χρησιμοποιούνται κυρίως σε αστικά δίκτυα διανομής, όπως κατοικημένες περιοχές, βιομηχανικά πάρκα, εμπορικά κέντρα και άλλες περιοχές παροχής ενέργειας. Τα τελευταία χρόνια, χρησιμοποιούνται ευρέως ως μετατροπείς αύξησης της ισχύος που υποστηρίζουν ανεμογεννήτριες. Η τυπική ηλεκτρική σύνδεση (περίπου ίδια με αυτή που εφαρμόζεται στο δίκτυο διανομής) είναι δείκτης στο Σχήμα 1. Σύμφωνα με τις απαιτήσεις του δικτύου διανομής, οι αμερικανικοί κουτιάρες υποσταθμίδες είναι εξοπλισμένοι με τις ακόλουθες αντίστοιχες προστασίες:

• Ενδιάφυτες πλήξεις, οι οποίες εκτελούν όταν συμβαίνει σύνδεση στον χαμηλότερο πλευρικό του μετατροπέα;

• Ενδιάφυτες περιοριστικές πλήξεις, οι οποίες εκτελούν γρήγορα για να κόψουν τον μετατροπέα όταν συμβαίνει σύνδεση στον υψηλότερο πλευρικό μέσα στον μετατροπέα, προστατεύοντας την ατυχία από επέκταση.

• Ένα τριφασικό συνδεδεμένο φορτιστικό τελευταία, ενδιάφυτο, που μπορεί να ολοκληρώσει τη λειτουργία σύνδεσης του μετατροπέα με φορτίο;

• Ένας νοηματικός αναδιακόπτης (ή πλήξης αποσύνδεσης), κυρίως χρησιμοποιούμενος για την προστασία της πλευρικής του φορτίου.

Απλούστευση της Ρύθμισης Προστασίας των Αμερικανικών Κουτιάρων Υποσταθμίδων

Αρχές Απλούστευσης

Ένας αμερικανικός μετατροπέας αναφέρεται σε έναν μετατροπέα που διατηρεί τα βασικά χαρακτηριστικά των αμερικανικών κουτιάρων υποσταθμίδων, όπως η δομή, τα συνδυαστικά ραδιάτορες, η απουσία προστασίας αερίων, τα κλείδια απόφραξης πίεσης και οι περιοριστικές πλήξεις. Ωστόσο, απλοποιεί τα προστατικά συστήματα. Με βάση τη σύνθεση της εμπειρίας λειτουργίας της ανεμογεννήτριας, ορισμένα στοιχεία της προστασίας του δικτύου αφαιρούνται, κάνοντάς τον έναν μετατροπέα που χρησιμοποιείται ειδικά για την ανεμογεννήτρια.

Απλοποιημένη Ρύθμιση Προστασίας

Είναι τεχνικά εφικτό να αφαιρεθούν τα στοιχεία προστασίας του δικτύου από τους αμερικανικούς κουτιάρες υποσταθμίδες που εφαρμόζονται στην ανεμογεννήτρια. Οι συλλέκτριες είναι εξοπλισμένες με αξιόπιστα προστατικά συστήματα (εγκατεστημένα στην υποσταθμίδα αύξησης). Οι συλλέκτριες πρέπει να συνδέονται με την υποσταθμίδα αύξησης, και μετά την αύξηση της τάσης, να συνδέονται με το σύστημα. Η υποσταθμίδα αύξησης ορίζει προστασία γραμμής για κάθε συλλέκτρια ξεχωριστά. Η περιοχή προστασίας καλύπτει όχι μόνο τις συλλέκτριες, αλλά επεκτείνεται και στον κουτιάρη υποσταθμίδα και τις ανεμογεννήτριες. Όταν συμβαίνει σύνδεση ή άλλη ατυχία σε μια συγκεκριμένη γραμμή, η προστασία της γραμμής ενεργοποιείται και αποσυνδέει τη γραμμή. Οι ανεμογεννήτριες είναι εξοπλισμένες με ολοκληρωμένα προστατικά συστήματα δικτύου (εγκατεστημένα στον ελεγκτικό κιβωτό στο έδαφος). Όταν συμβαίνει ατυχία ή ανωμαλία στο δίκτυο, η προστασία της ανεμογεννήτριας ενεργοποιείται και αποσυνδέει την ανεμογεννήτρια (εδώ, το δίκτυο αναφέρεται στη συλλέκτρια και το σύστημα κουτιάρη υποσταθμίδα). Το Πίνακας 1 δείχνει την προστασία του δικτύου που ορίζεται από τον κατασκευαστή της ανεμογεννήτριας.

Μερικές από τις ρυθμίσεις προστασίας των κουτιάρων υποσταθμίδων είναι απλές. Οι λειτουργίες προστασίας τους είναι πολύ κατώτερες από τις προστασίες των συλλεκτριών και των ανεμογεννητών, και σχηματίζουν περιττές διασταυρωμένες προστασίες. Έτσι, η προστασία του δικτύου που ρυθμίζεται στους κουτιάρες υποσταθμίδων είναι περιττή και μπορεί να αφαιρεθεί. Η εκτεταμένη κάλυψη και οι λειτουργίες των νοηματικών αναδιακοπτήρων μπορούν να αντικατασταθούν εντελώς από την προστασία του δικτύου των ανεμογεννητών. Παράλληλα, η εξαφάνιση ορισμένων περιττών συστατικών, όπως τα φορτιστικά τελευταία και οι πλήξεις, βοηθά στη μείωση των δυνητικών σημείων ατυχίας και στη βελτίωση της αξιοπιστίας λειτουργίας του εξοπλισμού.

Ρυθμίσεις Προστασίας των Απλοποιημένων Αμερικανικών Κουτιάρων Υποσταθμίδων

Για να εξασφαλίσει ότι οι απλοποιημένοι αμερικανικοί κουτιάρες υποσταθμίδων μπορούν να επιτυγχάνουν τις λειτουργικές απαιτήσεις των παρκών ανεμογεννήτριας, το Ινστιτούτο Ηλεκτρικής Ενέργειας της Jilin Electric Power Co., Ltd. οργάνωσε 18 εμπειρογνώμονες από τη Jilin Electric Power Co., Ltd., τη Beijing Sifang Micro-Electronic Co., Ltd., τη Datang Jilin Company και άλλες μονάδες για να διαπιστώσουν και να ελέγξουν προσεκτικά την ρύθμιση των απλοποιημένων αμερικανικών κουτιάρων υποσταθμίδων. Αναγνωρίστηκε ότι ο απλοποιημένος αμερικανικός κουτιάρης υποσταθμίδων είναι ένας ειδικός μετατροπέας για την ανεμογεννήτρια, αναπτυγμένος με βάση την αποσάρωση της τεχνολογίας των αμερικανικών κουτιάρων υποσταθμίδων. Τεχνικά, επαρκεί πλήρως τις απαιτήσεις για την ασφαλή και αξιόπιστη λειτουργία των μονάδων ανεμογεννήτριας, έχει καλά οικονομικά οφέλη και μπορεί να επεκταθεί και να χρησιμοποιηθεί ευρέως στα πάρκα ανεμογεννήτριας. Η ρύθμιση του απλοποιημένου αμερικανικού κουτιάρη υποσταθμίδων είναι δείκτης στο Σχήμα 2.

Τεχνική και Οικονομική Ανάλυση

Οι περισσότεροι πάρκοι ανεμογεννήτριας αντιμετωπίζουν τους αρχικά σχεδιασμένους αμερικανικούς κουτιάρες υποσταθμίδων, οι οποίοι έχουν πολύπλοκες λειτουργίες προστασίας που δεν είναι κατάλληλες για τα συστήματα ανεμογεννήτριας. Η χρήση απλοποιημένων αμερικανικών κουτιάρων υποσταθμίδων μπορεί να μειώσει σημαντικά το κόστος εξοπλισμού, φέρνοντας καλά κοινωνικά και οικονομικά οφέλη. Προκαταρκτικοί υπολογισμοί δείχνουν ότι το κόστος κάθε μονάδας μπορεί να μειωθεί περίπου 30.000 υαν.

Μετά την εξαφάνιση ορισμένων περιττών συστατικών, όπως τα φορτιστικά τελευταία, οι πλήξεις και οι νοηματικοί αναδιακόπτητες, ο αριθμός των δυνητικών σημείων ατυχίας μειώνεται, μειώνοντας σημαντικά την πιθανότητα ατυχιών. Η λειτουργία είναι απλή, εύκολη, ασφαλής και αξιόπιστη, με σημαντική μείωση του φόρτου συντήρησης. Οι απλοποιημένοι αμερικανικοί κουτιάρες υποσταθμίδων έχουν εφαρμοστεί σε ορισμένα πάρκα ανεμογεννήτριας στην επαρχία Jilin, φέρνοντας σημαντικά κοινωνικά και οικονομικά οφέλη.