Ang paglusbo sa global nga pagbalhin sa energia nagpapabilin sa offshore wind power, apan ang komplikado nga mga kapaligiran sa dagat naghatag og hamubo sa kabalakaan sa turbine. Ang pagkawas sa init sa pad-mounted transformer control cabinets (PMTCCs) kaayo importante—ang wala ma-kawas nga init mao ang nagdulot sa pinsala sa mga komponente. Ang pag-optimize sa PMTCC heat dissipation makapadako sa epektividad sa turbine, apan ang pananaliksik kahibalo sa onshore wind farms, giwanggo ang offshore. Busa, idisenyo ang PMTCCs alang sa kondisyon sa offshore aron mapadako ang seguridad.
1 PMTCC Heat - Dissipation Optimization
1.1 Add Heat - Dissipation Devices
Alang sa offshore PMTCCs, idugang o i-optimize ang fully - sealed heat - dissipation devices aron matubag sa salt spray/moisture. Gihisgutan sa tabi sa transformers, gikonekta pinaagi sa espesyal nga interfaces, sila nagbuhat og efficient cooling loops. Airflow sa devices: tingali sa Fig. 1.
Tungod sa partikular nga klima sa dagat sa offshore wind farms, sama sa dako nga pagkakaiba sa temperatura, taas nga humidity, ug salt spray corrosion, mas stringent nga mga requirement gihatagan sa heat dissipation performance sa transformer control cabinets. Aron makamit ang precise optimization sa heat sink design, kini nga pananaliksik pinaagi sa pag-combine sa ANSYS ug MATLAB, gamiton ang genetic algorithms aron i-optimize ang width parameters sa heat sinks.
Tungod sa limitasyon sa ANSYS' built-in parametric programming language sa pag-integrate diretso sa optimization algorithms, gigamit ang MATLAB isip intermediario. Pinaagi sa pag-develop sa secondary development interface sa ANSYS, narealize ang seamless connection tali sa ANSYS ug MATLAB. Gitumong nga ang total area sa heat sink mao ang 0.36 m², ug ang relasyon tali sa back width az ug ang side edge width ac sa heat sink mao ang gidefine isip:
Pinaagi sa detalyado nga mga kalkulasyon ug simulations, ang optimal back width sa heat sink gitukod isip 0.235 m, ang widths sa duha ka side heat sinks giluto isip 1.532 m accordingly. Kini nga optimization dili lamang nagmaintain sa total area sa heat sink apan usab nagpadako sa iyang heat dissipation performance.
1.2 Forced Air Cooling Technology
Ang forced air cooling gamiton ang mga fans aron pauswagon ang air circulation, expand ang temperature differences pinaagi sa air convection aron mapadako ang heat dissipation. Ito kontrol sa cabinet temperature nang safe apan nagpakita og frictional/local losses sa ducts. Mga optimizations kasama ang pag-expand sa duct width gikan sa 100 hangtod sa 120 mm ug pag-reduce sa hydraulic diameter, minimize energy loss ug improve efficiency. Ang cooled oil mobalik sa tank pinaagi sa bottom pipes, forming a closed-loop for dual cooling. Tingali sa Figure 2 para sa circulation.
Arong mapadako ang heat dissipation, ang Oil Natural Air Forced (ONAF) cooling mode gipili. Ang fans drive air flow aron magcooling air flow gikan sa ilaha hangtod sa itaas, effectively covering the entire surface of the radiator.
1.3 Optimization of Inlet and Outlet in Main Transformer Chamber
Batasan sa power loss sa transformer control cabinet ug ang expected temperature difference tali sa inlet ug outlet, ang required air flow gikalculo pinaagi sa thermodynamics. Ang formula sa air flow V mahimong:
Sa formula:
Tungod sa potential decline sa ventilation efficiency, ang measured air flow rate gisets isip 1.6V. Ang formula sa pagkuha sa effective inlet area A mahimong:
Kung diin v represent ang air velocity sa both the inlet ug outlet. After clarifying the power loss sa transformer control cabinet ug determining the expected temperature difference tali sa inlet ug outlet, ang required air flow V gikalculo pinaagi sa thermodynamic principles. Finally, ang specific dimensions sa inlet ug outlet gidesinyo batasan sa air flow V:
Ang analysis sa correlation tali sa inlet pressure loss ug opening area nagpakita nga ang pag-increase sa opening area makapadako sa gas pressure loss, thereby improving heat dissipation efficiency. Sa premise sa ensuring the structural strength sa control cabinet, ang inlet opening area gisets isip 0.066 m². Aron mapadako ang effective ventilation area, ang method combining grilles ug louver covers giatiman aron mapadako ang ventilation passages while preventing the intrusion of dust and rain. Sa lower part sa main transformer chamber, adunay additional air inlet window gisulod sa bahin nga 40 cm above the ground aron mapadako ang inlet area.
Batasan sa principle sa bottom air intake ug top air exhaust, ang layout sa inlet ug outlet gipadako. Ang inlet giset sa lower part sa main transformer chamber, ug ang outlet ania sa upper part, forming natural convection. Kini allows hot air to rise smoothly ug be discharged from the outlet, while cold air enters from the inlet, creating an effective air circulation to improve heat dissipation efficiency.
1.4 Control Cabinet Structure Optimization
Arong tubagon ang unique challenges sa salt, humidity, ug corrosive substances sa offshore wind farms, high-performance anti-corrosion materials ug advanced sealing technologies giatiman aron mapadako ang overall protection sa control cabinet.
Enhanced Heat Dissipation Design:
Cable Entry and Airflow Optimization:
Kini nga optimizations result in a structured, well-segregated cable layout that enhances both thermal management and system reliability.
2 Experimental Verification
2.1 Experimental Setup
Arong validate ang feasibility sa heat dissipation design, adunay experimental platform giconstruct aron comprehensive simulate ang offshore wind farm environment. Duha ka fans giatiman aron replicate ang offshore wind speeds ug directions. Ang experimental equipment listed sa Table 1.
Arong simulate ang offshore wind farm environment, when using fans to mimic wind speed ug direction, attention should be paid to wind speed uniformity ug direction diversity. Uniform wind speed crucial for accurate evaluation sa control cabinet's heat dissipation performance, ug diverse wind directions can more comprehensively simulate offshore wind direction changes. Thus, during the experiment, fans need to be precisely controlled to ensure wind speed ug direction match the actual offshore wind farm characteristics.
2.2 Experimental Results and Analysis
After optimizing the heat dissipation of the offshore wind farm wind turbine box - type transformer control cabinet, ang heat dissipation efficiency sa different parts sa control cabinet before ug after optimization was recorded, as shown in Table 2.
2.3 Results and Discussion
Based on the experimental data sa Table 2, ang heat dissipation efficiency sa offshore wind turbine pad-mounted transformer control cabinet shows significant improvements after optimization:
3 Conclusion
Kini nga pananaliksik analyzed ang impact sa harsh environment sa offshore wind farm sa control cabinet heat dissipation. Guided by heat transfer principles, a targeted optimization scheme proposed ug validated experimentally. The optimized design not only improves heat dissipation efficiency ug reduces internal temperatures but also enhances corrosion resistance ug extends service life. These measures provide robust technical support for the sustainable operation of offshore wind farms.