Szélerőmű transzformátorok szerkezete teljesítménye megbízhatósága és optimalizálása

1 Alapvető szerkezet, működési jellemzők és különleges követelmények a szélerőművek átalakítóinál
1.1 Az átalakító alapvető szerkezete
(1) Mag-szerkezet

A szélerőművek átalakítói maganyagokat használnak, amelyeknek nagy a mágneses áthatásuk, hogy csökkentsék az energia elvesztéseket. A gyakorlatban a mag speciális kezelést igényel, hogy alkalmazkodjon a hosszú távú magas páratartalom és sósodottság nehezenélküli környezetéhez. Különösen az offshores szélerőműveknél a mag savanyodásvédő képessége különösen fontos.

(2) Töltésrendszer

A töltés az átalakítók egyik fontos összetevője a szélerőműveknél, és általában rézs vagy alumínium vezetékekkel van megcsomagolva. A szélerőművek átalakítóinak töltésének tervezése figyelembe kell vennie a szélsebesség változásai által okozott gyakori feszültség- és áramváltozásokat, biztosítva, hogy a töltés hosszú ideig stabil módon működjön nagy terhelések között.

(3) Hűtési és melegterelő rendszer

A szélerőművek átalakítóinak hatékony hűtőrendszere van, hogy biztosítsa, hogy nem sérülnek túlmelegedés miatt nagy terhelések között. Gyakori hűtési módszerek közé tartozik az olajba merült típus és a természetes légkörhűtés. Az olajba merült átalakítók hőt visznek el az olaj cirkulációján keresztül, és nagy teljesítményű szélerőművekre alkalmasak; míg a léghűtett átalakítók inkább kisebb teljesítményű és enyhébb környezeti feltételek esetén alkalmasak.

1.2 Működési jellemzők

A szélerőművek átalakítóinak működési jellemzői: A szélerőművek energia-termelése instabil, és a termelési kapacitás változik a szélsebesség változásaival. Ezért az átalakítónak nagy terhelési beállítási képességgel kell rendelkeznie, és képesnek kell lennie a gyakori terhelési fluktuációkra való alkalmazkodásra. A hagyományos hálózati átalakítóktól eltérően a szélerőművek átalakítói gyakran részterhelésben vannak, ami különleges követelményeket tesz ki energiateljesítményükre és hőledéseikre.

1.3 Különleges követelmények a szélerőművek környezetében
(1) Szélsebesség-fluktuációk ellenállása

A szélerőművek energia-termelése fluktuál a szélsebesség változásaival, és ez a fluktuáció feszültséginstabilitást okozhat. Ezért a szélerőművek átalakítóinak megfelelő beállítási képességgel kell rendelkezniük, hogy megelőzzék a hálózatra gyakorolt hatásokat.

(2) Nehéz környezeti feltételekhez való alkalmazkodás

A legtöbb szélerőmű épül nehéz környezeti feltételekben. Ezért a szélerőművek átalakítóinak jól kellene ellensavanyodásvédő és páratlanító képességekkel kell rendelkezniük. Az alpine szélerőműveknél az átalakítóknak szükségük van arra, hogy mérsékelt klimatikus körülményekkel, mint a mély hőmérséklet és a magas szélsebesség, szemben álljanak.

(3) Követelmények a távoli monitorozáshoz és karbantartáshoz

Mivel a szélerőművek általában távoli területeken helyezkednek el, a szélerőművek átalakítóinak hibaelhárításának költsége magas lehet. Ezért szükség van egy távoli monitorozási rendszerre, amely valós időben nyomon követheti az átalakító működési állapotát.

2 A szélerőművek átalakítóinak teljesítménye
2.1 Elektromos teljesítmény elemzése
(1) Feszültség-beállítási képesség

Az átalakítók egyik alapvető feladata a szélerőműveknél, hogy a szélerőmű által előállított alacsony feszültséget növeljék magasabb feszültségre, hosszú távolságra történő energiaátvitel érdekében. Ezért a feszültség-beállítási képesség kulcsfontosságú mutatója az átalakító elektromos teljesítményének. Általában az átalakító emelési tartományát oly módon tervezik, hogy alkalmazkodjon a különböző szélsebességek mellett fellépő kimeneti fluktuációkhoz, biztosítva a feszültség stabilitását és csökkentve a hálózatra gyakorolt hatást.

(2) Rövidzárlási impedancia és hiba-védelem

A szélerőművek átalakítóinak rövidzárlási impedanciája közvetlenül befolyásolja a rendszer stabilitását rövidzárlási hibák során. Alacsonyabb rövidzárlási impedancia javíthatja a rendszer hibaválaszidejét, de a szélsebesség fluktuációi esetén növelheti a rendszer áramfluktuációit is. A rövidzárlási impedancia optimalizált tervezése segít csökkenteni a rövidzárlási áramot, javítva az átalakító működési biztonságát és a hálózat stabilitását.

(3) Vesztések és hatékonyság

A szélerőművek átalakítóinak vesztései főleg rézvesztések és vasvesztések formájában jelentkeznek. A rézvesztések a töltés ellenállása által okozott elektrikus energia-vesztés, míg a vasvesztések a vasmag mágneses polarizációjával kapcsolatosak. A szélerőművek esetében az átalakítónak hatékony energiatranszfert képessége kell, hogy legyen, hogy minimalizálja a továbbítás során fellépő vesztéseket, és maximalizálja a szélerő kihasználtságát. Ezért a magas-hatékonyságú anyagok kiválasztása és a tervezés optimalizálása jelentősen csökkentheti a vesztéseket, és javíthatja az átalakító teljes hatékonyságát.

2.2 Hőteljesítmény elemzése
(1) Hőveszteség és hőledés

A szélerőművek átalakítói működés közben nagy mennyiségű hőt termelnek, különösen nagy terhelések között. A túlmelegedés a töltés izolációs anyagainak romlását okozhatja, még akár biztonsági balesetekig is. Ezért a hőteljesítmény kezelése kulcsfontosságú az átalakító biztonságos működéséhez. Az olajba merült átalakítók hőt terelnek le az olaj cirkulációján és hűtésén keresztül, és nagy teljesítményű forgalmakra alkalmasak; míg a léghűtett átalakítók természetes széllel hűtődnek, és magas szélsebességű szélerőművekre alkalmasak. A hűtőrendszer tervezésének optimalizálása a hőledés időben történő biztosítása az átalakító élettartamának meghosszabbításának kulcsa.