Selecció del Disseny òptim i Consideracions Clau dels Transformadors de Parcs Eòlics

1 Importància de la selecció i el disseny òptim dels transformadors eòlics en els parcs eòlics

A mesura que es van estenent els sistemes d'energia eòlica, s'integren més transformadors, augmentant la capacitat total de l'equipament i les pèrdues operatives. Els transformadors, fabricats principalment amb fulls de ferro siliconi, bobines de coure i fols, són també difícils de dissenyar. Així, es necessita un disseny òptim i una selecció científica per complir amb els requisits tècnics, nacionals i dels usuaris.

Per assegurar una operació estable dels transformadors, cal estudiar les seves condicions d'operació, escenaris de servei, processos de disseny i principis. Es construeix un model de disseny òptim, s'utilitzen mètodes científics per a l'anàlisi i resolució de problemes, i es forma un disseny econòmic.

En resum, el disseny òptim augmenta l'ús de l'energia eòlica, la promoció de l'energia neta, el control de les pèrdues de xarxa, la qualitat del producte i la stabilitat del transformador, avançant en el desenvolupament de l'energia eòlica. Durant el disseny, s'ha de seleccionar científicament els transformadors del parc eòlic. Amb investigacions més profundes, els experts integren la tecnologia de la informació, creant mètodes com algoritmes genètics, de cànoves de partícules i de xarxes neuronals. L'aplicació d'aquests ajuda a dissenyar transformadors més adequats.

2 Característiques i requisits tècnics dels transformadors de potència dels parcs eòlics

Actualment, els transformadors de potència dels parcs eòlics sovint utilitzen una estructura combinada. La seva aparença i les caixes de control de baixa i alta tensió es disposen en forma de "clavet" o "retícula", depenent del lloc d'instal·lació. La caixa de baixa tensió es connecta a les sortides dels aerogeneradors.

Les línies d'interconnexió entre els aerogeneradors i els transformadors poden tenir curts circuits fase a fase. Els aerogeneradors tenen protecció automàtica per protegir els transformadors. S'instal·la un interruptor de fusible de clau al costat de protecció del transformador. Els dissenyadors afegiran limitadors de corrent i interruptors de control de càrrega al costat de l'alta tensió. Degut a la alta tensió i la vulnerabilitat del costat de la xarxa a les sobretensions de les línies d'interconnexió, s'instal·la protecció contra els raigs a l'alta tensió.

2.1 Característiques d'operació

Els generadors tenen capacitats petites. Vents forts podrien superar les especificacions dels aerogeneradors, activant la protecció automàtica per limitar o aturar l'operació. Després, el transformador connectat opera amb baixa càrrega, resultant en períodes breus d'excés general.

Els transformadors necessiten un disseny estructural fort. Els parcs eòlics es troben en àrees complexes com plautes, Gobi o marins. Aquestes demanden un disseny estructural professional i funcionalitats (vegeu la Figura 1 per als principis de disseny estructural dels transformadors).

3 Requisits tècnics

• Baixa Generació de Calor:Els parcs eòlics estan altament afectats per la temporada, i els transformadors tenen llargs períodes sense càrrega. Així, durant el disseny, s'ha de reduir les pèrdues sense càrrega. S'ha de seleccionar científicament la ubicació d'instal·lació per a dissipar eficientment el calor, permetent l'operació a velocitat elevada fins i tot sota càrrega.

• Resistència Forta a la Meteorologia, Erosió i Corrosió:A les àrees costaneres riques en vent, els clims durs podrien danificar els transformadors. Sense dispositius protectors del generador, l'exposició i la corrosió podrien causar falles operatives.

• Lleuger, Compacte, Alta Resistència i Fàcil d'Instal·lar/Operar:Dues espais d'instal·lació petits i irregulars, quan es seleccionin els transformadors, s'ha de considerar l'espai de seguretat entre l'equipament, la capacitat unitària i el pes. Dissenyar per a un tamany compacte, forma i pes adequats. Les unitats d'aerogeneradors necessiten transport/montatge personalitzat basat en distàncies per evitar col·lisions/vibracions i augmentar la resistència mecànica.

• Característiques Tècniques del Transformador:A alguns parcs eòlics, els aerogeneradors enfronten reptes de trànsit i medi ambient, fent difícil i costós el manteniment. Les reparacions a gran escala causen interrupcions llargues, prejudicant l'eficiència. Així, s'ha de triar transformadors econòmics, fiables i segurs. Dissenyar des de múltiples angles: utilitzar estructures de dipòsit dividit per a connexions de commutadors de càrrega-transformador. Els dipòsits han de complir amb els estandards nacionals de mida i hermeticitat. Per a cables d'alta tensió, seguir "un dins, un fora". Instal·lar dissipadors de calor amb dispositius protectors per prevenir col·lisions i filtracions d'oli. L'estructura del dipòsit del transformador es mostra a la Figura 2.

4 Selecció i disseny òptim dels transformadors principals en els parcs eòlics
4.1 Mètodes de Refredament dels Transformadors

Els transformadors utilitzen diferents mètodes de refredament, principalment immersió en oli, sec i aïllat a gas. Els d'immersió en oli són petits, resistent a l'alta tensió i bons en la dissipació de calor, però presenten riscos de filtració, injecció o combustió d'oli en faults de temperatura elevada, consumint molta energia i contaminant l'ambient—per tant, s'ha de triar amb precaució. Els secs són segurs, nets, resistent a flams, fàcils de mantenir i resistent a curts circuits, encara que són grans i difícils d'instal·lar. Els aïllats a gas utilitzen un gas no tòxic i no inflamable com a mitjà, amb una estructura similar als d'immersió en oli. Eviten els inconvenients anteriors, són fàcils de mantenir i val la pena promoure'ls.

4.2 Protecció de les Aletxes de Refredament

Els cabinets dels transformadors dels parcs eòlics tenen tres parts: radiador, dipòsit d'oli i cambra frontal, amb el radiador necessitant protecció clau. Com sovint es fan instal·lacions en zones costaneres salvajes i propensas a danys humans, normalment es col·loca una coberta de placa d'acer al voltant del radiador. Això evita col·lisions i assegura la dissipació de calor, així que el cabinet i la coberta necessiten un disseny científic.

4.3 Disseny de Dipòsit Dividit per a Commutadors de Càrrega

Dues l'entorn i les condicions d'operació dels transformadors dels parcs eòlics, els commutadors de càrrega i els transformadors necessiten un disseny de dipòsit dividit:

• Connectar la sortida del transformador a la línia principal; assegurar una eficiència operativa elevada dels commutadors de càrrega en transformadors combinats normals.

• Els arcs dels commutadors de càrrega interns durant l'operació causen el vellissement de l'oli aïllant i la deposició de carboni, prejudicant l'aïllament. Així, un dipòsit d'oli fix, aïllat del propi dipòsit del transformador i dissenyat independentment, pot assegurar una operació estable.

5 Aplicació Pràctica del Diseny Òptim

L'optimització de paràmetres, variables i condicions d'operació a través d'un algoritme de cànoves de partícules millorat produeix el disseny òptim del transformador. En comparació amb esquemes normals, això redueix l'ús de materials i costos, i millora les pèrdues de càrrega, la corrent sense càrrega i l'augment de temperatura de la bobina a l'oli. Tot i que l'ús de material disminueix, les pèrdues de càrrega augmenten. Així, el disseny ha de basar-se en l'operació real, analitzant el material, les pèrdues i els costos de disseny per seleccionar l'esquema més adequat.

6 Conclusió

En la construcció i operació dels parcs eòlics, s'ha d'assegurar una operació estable del sistema elèctric seleccionant científicament els transformadors segons les necessitats reals i els estàndards per maximitzar el seu paper. Dues el seu disseny especial i les condicions d'operació, el disseny ha de ser científic segons els estàndards nacionals, l'experiència i les especificacions; optimitzar els processos, integrar nous conceptes i comparar esquemes per assegurar que el final compleixi amb els requisits.