Bygging, Presta, Reliability og Optímískur hönnun vindorkutransformatora

1 Grundvöllur, starfsgreind og sérstök kröfur um spennubreytara fyrir vindorkustöðvar
1.1 Grundvöllur spennubreytara
(1) Jafnvegur

Spennubreytara fyrir vindorkustöðvar nota jafnvegsmaterial með hátt gagnfræði til að minnka orkuflutning. Í notkun er oft nauðsynlegt að gera sérstakar meðferðir á jafnvegi til að passa við ógnarlegu umhverfi lengra tíma með hár fuglaveðar og saltmikilheit. Sérstakt er þetta mikilvægt í sjávarvindastöðvum þar sem rostrið á jafnvegi er sérstaklega mikilvægt.

(2) Víkingakerfi

Víkingarnir eru mikilvægir hlutir í spennubreytara fyrir vindorkustöðvar og eru venjulega víkaðir með kopar eða alúmíníuþræð. Hönnun víkinganna á spennubreytara fyrir vindorkustöðvar verður að skoða frekari breytingar á spenna og straumi sem koma af breytingum á vindhraða, og tryggja að víkingarnir geti vinnað örugglega á lengri tíma undir hár vöktum.

(3) Kælingarkerfi og hitavirkjun

Spennubreytara fyrir vindorkustöðvar þarf efni kælingarkerfi til að tryggja að þeir ekki skemmtist vegna of hárrar hitastigs vegna hár vöktar. Venjulegar aðferðir kælingar eru olíuskýdd og náttúruleg loftkæling. Olíuskýddar spennubreytara taka hita frá með olíuhringferð og eru eignaðar stórum orkustöðvum; en loftkældar spennubreytara eru aðeins mikið notuð í stærðum með lágari orku og blanda umhverfi.

1.2 Starfsgreind

Starfsgreind spennubreytara fyrir vindorkustöðvar: Orkugjöf vindorkustöðva er óörugg, og orkugjöf fluttar saman við breytingum á vindhraða. Því þarf spennubreytara að hafa hár vöktarstillingu og vera aðstoðandi við algengar breytingar á vöktum. Ólíkt heimilis rásarspennubreytara, spennubreytara fyrir vindorkustöðvar eru oft í hlutvöktarstaði, sem setur fram sérstök kröfur um orkutækni og hitavirkjun.

1.3 Sérstök kröfur í umhverfi vindorkustöðva
(1) Mótstand við breytingar á vindhraða

Orkugjöf vindorkustöðva fluttar saman við breytingum á vindhraða, og þessi flutningur gæti valdið óöruggu spennu. Því þarf spennubreytara fyrir vindorkustöðvar að hafa samsvarandi stillingu til að forðast áhrif á rásina.

(2) Aðstoð við ógnarlegu umhverfi

Flestar vindastöðvar eru byggðar í ógnarlegu umhverfi. Því þarf spennubreytara fyrir vindorkustöðvar að hafa góða mótstand við rost og vatnsheldur. Fyrir fjallvindastöðvar þarf spennubreytara fyrir vindorkustöðvar að takast á móti ógnarlegu loftslagi eins og lágt hitastig og hár vindhraði.

(3) Kröfur um fjartengda gagnsýni og viðhaldi

Þar sem vindastöðvar eru venjulega staðsett í fjartegnum svæðum, er kostnaður við villur á spennubreytara fyrir vindorkustöðvar hár. Því þarf að setja upp fjartengt gagnsýnis kerfi til að gagnsýna starfsemi spennubreytara í rauntíma.

2 Starfsemi spennubreytara fyrir vindorkustöðvar
2.1 Greining á rafmagns starfsemi
(1) Spennustillingar

Einn af helstu verkefnum spennubreytara fyrir vindorkustöðvar er að hækka lága spennu útfrá vindmillum til hár spennu fyrir langtengd orkufærsla. Því er spennustillingar mikilvægur mælikvarði til að metra rafmagns starfsemi spennubreytara fyrir vindorkustöðvar. Venjulega er hækkunarranga spennubreytara hönnuð til að passa við spennubreytingar við mismunandi vindhraða, og tryggja örugga spennu útfrá og minnka áhrif á rásina.

(2) Skammstöðuimpedans og villuhjálpar

Skammstöðuimpedans spennubreytara fyrir vindorkustöðvar hefur bein áhrif á öruggu við skammstöðuvillur. Lægri skammstöðuimpedans getur bætt upplösunartíma kerfisins, en hún gæti einnig valdið hækkun á straumsbreytingum í kerfinu þegar vindhraði fluttar. Því er að bæta skammstöðuimpedans hönnun ekki aðeins hjálpar til að draga skammstöðustraum, heldur bætti honum einnig öruggu starfsemi spennubreytara og öruggu rásar.

(3) Tap og hagvæði

Tap spennubreytara fyrir vindorkustöðvar eru venjulega skipt í kopartap og jarnatap. Kopartap er raforkutap sem kemur af víkingasamstillingu, en jarnatap er tengdur með magnetið á jarnajafnvegi. Í vindorkustöðvarskyni þarf spennubreytara að hafa hágildis orkutækni til að draga tap við orkufærslu og hækka notkunargildi vindorku. Því er að velja hágildisefni og bæta hönnun getur mikilvægt dragið tap og hækkað heildarhagvæði.

2.2 Greining á hitastarfssemi
(1) Hitatap og hitavirkjun

Spennubreytara fyrir vindorkustöðvar mynda mikla hita í starfi, sérstaklega undir hár vöktum. Of hátt hitastig gæti valdið vandkvæði víkingahitaskynjar og jafnvel öruggu villum. Því er stjórn hitastarfssemi mikilvæg fyrir öruggu starfsemi spennubreytara. Olíuskýddar spennubreytara drekka hita með olíuhringferð og eru eignaðar stórum orkustöðvum; en loftkældar spennubreytara drekka hita með náttúrulegum vind og eru eignaðar vindastöðvum með hár vindhraða. Að bæta hönnun kælingarkerfa til að tryggja að hiti sé dreginn í tíma er aðalskilgreining til að lengja notkunartíma spennubreytara.

(2) Hitaspenni og líftímamat

Vegna breytingar á vöktum vindorkustöðva, hitaspenni spennubreytara fyrir vindorkustöðvar breytast miklu, sérstaklega þegar orkubreytingar eru skarp. Í lengra tíma hitaspennibreytingar munu hitaskynjar spennubreytara gráðulega aldast, sem hefur áhrif á notkunartíma. Með hitasimuleringu og líftímamodlum getur verið betur mettr öruggu spennubreytara við mismunandi starfsskilyrði, og sett fram tillögur um að bæta.

2.3 Greining á skynjarstarfsemi
(1) Val skynjarefna

Skynjarstarfsemi spennubreytara fyrir vindorkustöðvar er grundvöllur til að tryggja öruggu starfsemi þeirra. Skynjarhönnun spennubreytara inniheldur fast skynjarefni og væskuskynjarefni. Í vindastöðvum, sérstaklega sjávarvindastöðvum, getur hár fuglaveðar og saltmikilheit skyndilega aldast og brotnað skynjarefnum.

(2) Hlutarhlutavillur og virkni við hækkandi spenna

Hlutarhlutavillur eru ein af helstu orsökum skynjarvillu spennubreytara fyrir vindorkustöðvar. Vegna stórar spennubreytingar í vindorkukerfi þarf spennubreytara að hafa sterka virkni við hækkandi spenna, sérstaklega þegar vindhraði breytast skarpt, til að forðast hlutarhlutavillur. Með nýjum skynjarefnum og bættri víkingahönnun getur verið bætt virkni við hækkandi spenna spennubreytara, og dragið hlutarhlutavillur.

3 Reliability Evaluation, Influencing Factors and Solutions to Common Faults of Transformers for Wind Power Generation
3.1 Reliability Evaluation Models
(1) Failure Mode and Effects Analysis

Failure Mode and Effects Analysis is an important tool for evaluating the reliability of transformers. By analyzing the possible failure modes of transformers for wind power generation under different working conditions, its impact on the overall system is evaluated. The application of Failure Mode and Effects Analysis can help wind power operation and maintenance personnel identify potential risks in advance, take preventive measures in a timely manner, and reduce the failure rate of transformers.

(2) Life Prediction Model

The service life of transformers for wind power generation is usually affected by multiple factors such as material aging, thermal stress, and mechanical vibration. Through the life prediction model, combined with on - site data, the remaining life of the transformer can be predicted, and then corresponding maintenance strategies can be formulated. The accuracy of life prediction is crucial to the reliability of the transformer and can significantly reduce the occurrence rate of sudden failures.

3.2 Main Influencing Factors
(1) Impact of Operating Environment

The environment where the wind farm is located has a significant impact on the reliability of transformers for wind power generation. The high humidity and high salinity environment of offshore wind farms may accelerate the corrosion of equipment, while the extreme temperature changes in inland wind farms (such as the low temperature in alpine regions) will increase the aging speed of insulation materials. Therefore, it is crucial to design special protective measures and material selection for different environments. For example, in offshore wind farms, anti - corrosion coatings and salt - fog - resistant materials can be used to protect transformer components.

(2) Load Fluctuation and Current Impact

The load fluctuation of wind power generation is relatively large, and the sharp changes in wind speed may cause frequent fluctuations in current and voltage, resulting in additional mechanical and electrical stresses on the internal components of transformers for wind power generation. The frequent changes in load will increase the mechanical vibration of the winding and the risk of magnetic saturation of the iron core, thereby affecting the service life and operating stability of the transformer.

(3) Electromagnetic Interference and Harmonics

A large number of harmonics may be generated in wind power generation systems. Harmonics will interfere with the normal operation of transformers for wind power generation, especially affecting their electromagnetic compatibility. The transformer needs to have a strong anti - electromagnetic interference capability to prevent equipment failures caused by harmonic interference.

3.3 Common Faults and Solutions
(1) Overheating Fault

When operating under high load, if the heat generated inside the transformer for wind power generation cannot be dissipated in a timely manner, it may cause the winding to overheat and even cause the insulation layer to burn out. To avoid this situation, a more efficient cooling system can be adopted, and a real - time monitoring system can be added to monitor the operating temperature of the transformer.

(2) Insulation Fault

Due to the aging or moisture of insulation materials, it may lead to short circuits between windings or between windings and the iron core. By using new high - temperature - resistant and moisture - resistant materials, the service life of the insulation system can be extended. At the same time, moisture - proof measures can be strengthened, such as increasing the tightness of the shell and applying moisture - proof coatings.

(3) Mechanical Vibration and Structural Loosening

During the operation of transformers for wind power generation, they are subject to mechanical vibration impacts caused by changes in wind speed for a long time, which may lead to the loosening of internal components. Regularly inspecting and tightening the internal structure of the transformer and adopting anti - vibration design can effectively reduce the risk of faults caused by mechanical vibration.

4 Optimization Design Schemes for Transformers for Wind Power Generation
4.1 Optimization of Material Selection
(1) Application of High - Performance Insulation Materials

In recent years, new high - performance insulation materials have been gradually applied to the design of transformers for wind power generation, such as polyester films and aramid fibers. The above materials not only have good high - temperature resistance and moisture resistance but also can effectively extend the service life of the transformer, improve the electrical insulation performance of the transformer, and reduce the risk of partial discharge.

(2) Design of Low - Loss Iron Core

The loss of the iron core in transformers for wind power generation directly affects the efficiency of the equipment. Using low - loss silicon steel sheets or amorphous alloy materials can significantly reduce iron loss and reduce heat generation while ensuring the operating efficiency of the transformer. Especially in the application of high - frequency transformers, amorphous alloy core materials show extremely high electromagnetic compatibility and low - loss characteristics and gradually become an important direction for the optimized design of wind power transformers.

4.2 Optimization of Structural Design
(1) Compact Design and Lightweight

Wind farms, especially offshore wind farms, have strict requirements on the volume and weight of transformers for wind power generation. Adopting a compact design and lightweight structure can not only reduce the floor area of the equipment but also reduce the installation and transportation costs. By reducing the size of the iron core and windings and optimizing the design of the transformer shell, the miniaturization and lightweight of the equipment can be effectively realized to meet the special needs of wind farms.

(2) Optimization of Cooling System

Traditional transformers for wind power generation mostly use oil - immersed cooling, but in offshore wind farms, the maintenance of oil - immersed cooling is relatively complicated. Therefore, it is particularly important to adopt efficient air - cooling or water - cooling systems. Optimizing the cooling system can not only improve the heat dissipation efficiency but also reduce the use of cooling media, improving the reliability and environmental protection of the equipment.

4.3 Optimization of Control System
(1) Intelligent Monitoring and Remote Diagnosis Technology

With the development of the Internet of Things and intelligent technology, the control system of transformers for wind power generation is gradually developing in the direction of intelligence. By introducing a real - time data monitoring and remote fault diagnosis system, real - time monitoring of the operating status of the transformer can be realized. When an abnormality is detected, the system can send out an alarm signal in a timely manner and perform remote fault diagnosis, reducing the equipment downtime.

(2) Power Regulation and Load Optimization Control

In wind power generation systems, transformers for wind power generation need to cope with power changes caused by wind speed fluctuations. By optimizing the power regulation algorithm and introducing a load optimization control system, it can be ensured that the transformer always maintains the best working state under different wind speeds. Dynamic power regulation can not only improve the stability of power transmission but also effectively extend the service life of the transformer.

5 Conclusion

Transformers for wind power generation play an important role in modern clean energy. Their performance and reliability directly affect the efficiency of wind farms and the stability of the power grid. In the future, with the development of intelligent monitoring and remote diagnosis technology, wind power transformers will play a greater role in improving the operating efficiency of wind farms and reducing maintenance costs.