풍력 발전소 변압기의 최적 설계 선택 및 주요 고려 사항

1 풍력 발전소의 풍력 터빈 변압기 선택 및 최적 설계의 중요성

풍력 시스템이 확산함에 따라 더 많은 전력 변압기가 통합되며, 이로 인해 장비 용량과 운영 손실이 증가합니다. 변압기는 주로 비싼 실리콘 강판, 구리 와인딩, 호일로 제작되며, 설계하기 어려울 수 있습니다. 따라서 기술적, 국가 표준, 사용자 요구사항을 충족하기 위해서는 최적의 설계와 과학적인 선택이 필요합니다.

변압기의 안정적인 작동을 보장하기 위해, 그들의 운전 조건, 서비스 시나리오, 설계 과정, 원칙을 연구해야 합니다. 최적의 설계 모델을 구축하고, 과학적인 방법으로 분석 및 문제 해결을 수행하며, 경제적인 설계를 형성합니다.

요약하면, 최적의 설계는 풍력 에너지 활용, 청정 에너지 촉진, 전력망 손실 관리, 제품 품질, 변압기 안정성을 향상시켜 풍력 발전 개발을 진전시킵니다. 설계 중에는 과학적으로 풍력 발전소 변압기를 선택해야 합니다. 더욱 깊은 연구를 통해 전문가들은 IT를 통합하여 유전자 알고리즘, 입자 군집 알고리즘, 신경망 알고리즘과 같은 방법을 생성합니다. 이러한 방법을 적용하면 더 적합한 변압기를 설계할 수 있습니다.

2 풍력 발전소 전력 변압기의 특징 및 기술 요구 사항

현재 풍력 발전소 전력 변압기는 종종 복합 구조를 사용합니다. 그들의 외관과 고-저 전압 제어 상자는 설치 장소에 따라 "핀" 또는 "그물" 형태로 배열됩니다. 저전압 상자는 풍력 터빈 아웃렛에 연결됩니다.

터빈과 변압기 사이의 전송선에서 위상 간 단락이 발생할 수 있습니다. 터빈은 변압기를 보호하기 위한 자동 보호 기능을 가지고 있습니다. 변압기 보호 측에 나이프-퓨즈 스위치를 설치합니다. 설계자는 고전압 측에 전류 제한기와 부하 제어 스위치를 추가합니다. 고전압과 전력망 측의 전송선 서지에 취약하므로, 고전압 측에 번개 보호를 설치합니다.

2.1 운전 특성

발전기의 용량은 작습니다. 강한 바람이 터빈의 정격을 초과할 경우, 자동 보호가 작동하여 작동을 제한하거나 일시 중단합니다. 그러면 연결된 변압기는 저부하 상태에서 작동하여 전체 과부하 시간이 짧아집니다.

변압기는 견고한 구조 설계가 필요합니다. 풍력 발전소는 고원, 고비, 해상 등 복잡한 지역에 위치하며, 이는 전문적인 구조 설계와 기능을 요구합니다 (변압기 구조 설계 원칙은 도표 1 참조).

3 기술 요구 사항

• 낮은 열 발생:풍력 발전소는 계절에 크게 영향을 받으며, 변압기는 오랜 무부하 기간을 가집니다. 따라서 설계 시 무부하 손실을 줄여야 합니다. 효과적인 열 방출을 위해 설치 위치를 과학적으로 선택하여, 부하 하에서도 고속 작동이 가능하도록 합니다.

• 강한 기후, 날씨 및 부식 저항:해안 지역에서는 혹독한 기후가 변압기를 손상시킬 수 있습니다. 발전기 보호 장치 없이는 노출과 부식으로 인해 작동 실패가 발생할 수 있습니다.

• 경량, 컴팩트, 고강도 및 설치/운영 용이:작고 불규칙한 설치 공간을 고려하여, 변압기를 선택할 때 장비 간 안전 거리, 단위 용량, 무게를 고려해야 합니다. 컴팩트한 크기와 형태, 적절한 무게로 설계합니다. 풍력 터빈 단위는 거리에 따라 맞춤형 운송/하역이 필요하며, 충돌과 진동을 피하고 기계적 강도를 높입니다.

• 변압기 기술적 특성:일부 풍력 발전소에서는 풍력 터빈이 교통 및 자연 환경의 도전을 마주하게 되어 유지보수가 어려우며 비용이 많이 듭니다. 대규모 정비로 인해 장시간 중단되면 효율성이 떨어집니다. 따라서 경제적이고 신뢰성 있으며 안전한 변압기를 선택해야 합니다. 다양한 각도에서 설계하며, 부하 스위치-변압기 연결을 위해 분할 탱크 구조를 사용합니다. 탱크는 규격, 밀폐성 면에서 국가 표준을 충족해야 합니다. 고전압 케이블은 "한 개 입, 한 개 출"을 따릅니다. 충돌과 오일 누출을 방지하기 위해 열 싱크와 보호 장치를 설치합니다. 변압기 탱크 구조는 도표 2에 표시되어 있습니다.

4 풍력 발전소의 주 변압기 선택 및 최적 설계
4.1 변압기 냉각 방법

변압기는 다양한 냉각 방법을 사용하는데, 주로 오일 잠김형, 건식, 가스 절연형이 있습니다. 오일 잠김형은 소형이며 고전압 저항이 좋고 열 방출이 잘 되지만, 고온 고장 시 오일 누출, 주입 또는 연소 위험이 있어 에너지를 많이 소비하고 환경을 오염시키므로 신중히 선택해야 합니다. 건식은 안전하고 청결하며 화재 저항성이 좋고 유지보수가 쉽고 단락 저항성이 있지만, 크기가 크고 설치가 어렵습니다. 가스 절연형은 무독성, 불연성 가스를 매체로 사용하며, 구조는 오일 잠김형과 유사하지만 위의 단점들을 피하며 유지보수가 쉽고 보급이 가치있습니다.

4.2 냉각 핀 보호

풍력 발전소 변압기 캐비닛은 라디에이터, 오일 탱크, 프론트 챔버 세 부분으로 구성되며, 라디에이터는 주요 보호가 필요합니다. 라디에이터는 종종 야생적인 해안 지역에 설치되며, 사람에 의한 손상이 쉽게 발생하므로, 라디에이터 주변에 강철 플레이트 커버를 설치하는 것이 일반적입니다. 이는 충돌을 방지하고 열 방출을 보장하며, 캐비닛과 커버는 과학적으로 설계되어야 합니다.

4.3 부하 스위치용 분할 캐비닛 설계

풍력 발전소 변압기의 운전 환경과 조건을 고려할 때, 부하 스위치와 변압기는 분할 캐비닛 설계가 필요합니다:

• 변압기의 아웃렛을 메인 라인에 연결하여, 일반적인 복합 변압기에서 부하 스위치의 높은 운전 효율을 보장합니다.

• 운전 중 내부 부하 스위치에서 발생하는 아크는 절연유 노화와 탄소 침착을 유발하여 절연을 손상시킵니다. 따라서 고정된 오일 탱크를 독립적으로 설계하여 변압기 자체 탱크와 분리하면 안정적인 운전을 보장할 수 있습니다.

5 최적 설계의 실제 적용

업그레이드된 입자 군집 알고리즘을 통해 파라미터, 변수, 운전 조건을 최적화하여 최적의 변압기 설계를 얻을 수 있습니다. 일반적인 방안과 비교하여, 재료 사용량과 비용을 줄이고, 부하 손실, 무부하 전류, 코일-오일 온도 상승을 개선합니다. 재료 사용량이 줄어들지만, 부하 손실이 증가할 수 있으므로, 실제 운전을 기반으로 재료, 손실, 설계 비용을 분석하여 최적의 방안을 선택합니다.

6 결론

풍력 발전소 건설 및 운전 중, 변압기를 실제 필요와 표준에 따라 과학적으로 선택하여 안정적인 전력 시스템 운전을 보장해야 합니다. 특수한 설계와 운전 조건을 고려하여, 국가 표준, 경험, 구체적인 사항을 기반으로 과학적으로 설계하고, 공정을 최적화하며, 새로운 개념을 통합하고, 여러 방안을 비교하여 최종적으로 요구 사항을 충족하는 방안을 선택합니다.