Sélection du Design Optimal et Considérations Clés des Transformateurs de Parc Éolien

1 Importance de la sélection et de la conception optimale des transformateurs d'éoliennes dans les parcs éoliens

Avec la propagation des systèmes d'énergie éolienne, davantage de transformateurs sont intégrés, augmentant la capacité totale des équipements et les pertes opérationnelles. Les transformateurs, principalement composés de tôles d'acier silicium coûteuses, de bobinages en cuivre et de feuilles, sont également difficiles à concevoir. Ainsi, une conception optimale et une sélection scientifique sont nécessaires pour répondre aux exigences techniques, nationales et des utilisateurs.

Pour assurer un fonctionnement stable des transformateurs, il est nécessaire d'étudier leurs conditions de fonctionnement, les scénarios de service, les processus de conception et les principes. Il faut construire un modèle de conception optimal, utiliser des méthodes scientifiques pour l'analyse et la résolution de problèmes, et élaborer une conception rentable.

En résumé, la conception optimale améliore l'utilisation de l'énergie éolienne, la promotion de l'énergie propre, le contrôle des pertes du réseau, la qualité des produits et la stabilité des transformateurs, favorisant ainsi le développement de l'énergie éolienne. Lors de la conception, il est essentiel de sélectionner scientifiquement les transformateurs des parcs éoliens. Avec des recherches plus approfondies, les experts intègrent les technologies de l'information, créant des méthodes telles que les algorithmes génétiques, de nuées particulières et de réseaux de neurones. L'application de ces méthodes aide à concevoir des transformateurs mieux adaptés.

2 Caractéristiques et exigences techniques des transformateurs de puissance des parcs éoliens

Les transformateurs de puissance actuels des parcs éoliens utilisent souvent une structure combinée. Leur apparence et les boîtes de contrôle haute et basse tension sont disposées en forme de “pince” ou “maille”, selon les sites d'installation. La boîte basse tension est connectée aux sorties des éoliennes.

Les lignes de transmission entre les éoliennes et les transformateurs peuvent présenter des courts-circuits phase-à-phase. Les éoliennes ont une protection automatique pour protéger les transformateurs. Installez un interrupteur-fusible sur le côté de protection du transformateur. Les concepteurs ajoutent des limiteurs de courant et des commutateurs de contrôle de charge sur le côté haute tension. En raison de la haute tension et de la vulnérabilité du côté réseau aux surtensions des lignes de transmission, installez une protection contre la foudre sur le côté haute tension.

2.1 Caractéristiques de fonctionnement

Les générateurs ont des capacités faibles. Des vents forts peuvent dépasser les limites des éoliennes, déclenchant la protection automatique pour limiter ou suspendre le fonctionnement. Alors, le transformateur connecté fonctionne à faible charge, entraînant des temps de surcharge globale courts.

Les transformateurs nécessitent une conception structurale solide. Les parcs éoliens se trouvent dans des zones complexes comme les plateaux, les déserts de Gobi ou en mer. Ces endroits exigent une conception structurale professionnelle et des fonctions (voir Figure 1 pour les principes de conception structurale des transformateurs).

3 Exigences techniques

• Faible génération de chaleur :Les parcs éoliens sont fortement affectés par les saisons, et les transformateurs ont de longues périodes sans charge. Ainsi, lors de la conception, réduisez les pertes sans charge. Sélectionnez scientifiquement l'emplacement d'installation pour une dissipation efficace de la chaleur, permettant une opération à haute vitesse même sous charge.

• Résistance forte aux intempéries, à l'érosion et à la corrosion :Dans les zones côtières riches en vent, les climats rigoureux peuvent endommager les transformateurs. Sans dispositifs de protection des générateurs, l'exposition et la corrosion peuvent causer des pannes de fonctionnement.

• Légers, compacts, de haute résistance et faciles à installer/exploiter :Étant donné les espaces d'installation petits et irréguliers, lors de la sélection des transformateurs, tenez compte de l'espace de sécurité entre les équipements, de la capacité unitaire et du poids. Concevez pour une taille compacte, une forme appropriée et un poids correct. Les unités d'éoliennes nécessitent un transport/soulèvement sur mesure en fonction des distances pour éviter les collisions/vibrations et améliorer la résistance mécanique.

• Caractéristiques techniques des transformateurs :Dans certains parcs éoliens, les éoliennes font face à des défis de circulation et d'environnement naturel, rendant l'entretien difficile et coûteux. Les grandes révisions causent de longues interruptions, nuisant à l'efficacité. Par conséquent, choisissez des transformateurs économiques, fiables et sûrs. Conception sous plusieurs angles : utilisez des structures de cuves séparées pour les connexions de commutateurs de charge-transformateurs. Les cuves doivent respecter les normes nationales en termes de taille et d'étanchéité. Pour les câbles haute tension, suivez “un entrée, une sortie”. Installez des dissipateurs thermiques avec des dispositifs de protection pour prévenir les collisions et les fuites d'huile. La structure de la cuve du transformateur est montrée à la Figure 2.

4 Sélection et conception optimale des transformateurs principaux dans les parcs éoliens
4.1 Méthodes de refroidissement des transformateurs

Les transformateurs utilisent différentes méthodes de refroidissement, principalement à immersion dans l'huile, à sec et à isolation gazeuse. Ceux à immersion dans l'huile sont petits, résistants à la haute tension et bons pour la dissipation de la chaleur, mais ils présentent un risque de fuite, d'injection ou de combustion d'huile en cas de défauts à haute température, consommant beaucoup d'énergie et polluant l'environnement—choisissez donc prudemment. Ceux à sec sont sûrs, propres, résistants au feu, faciles à entretenir et résistants aux courts-circuits, mais ils sont grands et difficiles à installer. Ceux à isolation gazeuse utilisent un gaz non toxique et non inflammable comme milieu, avec une structure similaire aux types à immersion dans l'huile. Ils évitent les inconvénients ci-dessus, sont faciles à entretenir et méritent d'être promus.

4.2 Protection des ailettes de refroidissement

Les armoires des transformateurs des parcs éoliens ont trois parties : le radiateur, la cuve d'huile et la chambre avant, le radiateur nécessitant une protection clé. Étant souvent installés dans des zones sauvages côtières difficiles, sujettes aux dommages humains, une couverture en tôle d'acier est généralement placée autour du radiateur. Elle empêche les collisions et assure la dissipation de la chaleur, de sorte que l'armoire et la couverture nécessitent une conception scientifique.

4.3 Conception d'armoire divisée pour les commutateurs de charge

Compte tenu de l'environnement et des conditions de fonctionnement des transformateurs des parcs éoliens, les commutateurs de charge et les transformateurs nécessitent une conception d'armoire divisée :

• Connectez la sortie du transformateur à la ligne principale ; assurez un fonctionnement efficace des commutateurs de charge dans les transformateurs combinés ordinaires.

• Les arcs des commutateurs de charge internes pendant le fonctionnement provoquent le vieillissement de l'huile isolante et le dépôt de carbone, nuisant à l'isolation. Ainsi, une cuve d'huile fixe, isolée de la cuve propre du transformateur et conçue indépendamment, peut assurer un fonctionnement stable.

5 Application pratique de la conception optimale

L'optimisation des paramètres, des variables et des conditions de fonctionnement via un algorithme de nuée particulaire amélioré donne lieu à la conception optimale du transformateur. Comparé aux schémas ordinaires, cela réduit l'utilisation de matériaux et les coûts, et améliore la perte de charge, le courant sans charge et la montée en température des bobinages à l'huile. Bien que l'utilisation de matériaux diminue, la perte de charge augmente. Ainsi, concevez en fonction du fonctionnement réel, en analysant les matériaux, les pertes et les coûts de conception pour sélectionner le meilleur schéma.

6 Conclusion

Dans la construction et l'exploitation des parcs éoliens, assurez un fonctionnement stable du système électrique en sélectionnant scientifiquement les transformateurs en fonction des besoins réels et des normes pour maximiser leur rôle. En raison de leur conception spéciale et de leurs conditions de fonctionnement, concevez scientifiquement en fonction des normes nationales, de l'expérience et des spécificités ; optimisez les processus, intégrez de nouvelles idées et comparez les schémas pour vous assurer que le final répond aux exigences.