ترانسفورماتور بادی چگونه بر کیفیت توان سیستم متصل تأثیر می‌گذارد؟

این سوالی است که من از توسعه دهندگان مزارع بادی و مهندسان تاسیسات بیشتر از هر سوال دیگری می شنوم. و منطقی است - همه روی توربین‌ها و اینورترها تمرکز می‌کنند، اما ترانسفورماتور درست در رابط بین تولید و شبکه قرار دارد. این بازیکن منفعل نیست. آن چیزی را که شبکه می بیند شکل می دهد.

بیایید در مورد معنای واقعی کیفیت برق صحبت کنیم.

درک ترانسفورماتورهای بادی - آنچه آنها در واقع انجام می دهند

ابتدا، یک بررسی سریع واقعیت در مورد اینکه این ترانسفورماتورها چه هستند و چه نیستند. یک ترانسفورماتور بادی ولتاژ را از خروجی توربین - معمولاً 690 ولت یا چند کیلو ولت - به ولتاژ سیستم جمع آوری، اغلب 34.5 کیلو ولت یا بالاتر، افزایش می دهد. کار اصلیش همینه اما در انجام این کار، با کیفیت توان به روش‌های مهم تعامل دارد.

ترانسفورماتور مشکلات کیفیت برق ایجاد نمی کند. اما بسته به نحوه طراحی و کاربرد آن، می تواند آنها را بدتر کند یا به کاهش آنها کمک کند.

مشارکت های مثبت - یک ترانسفورماتور خوب چه می کند

تبدیل ولتاژ و رابط سیستم

این کارکرد اصلی است و ارزش آن را دارد که به صراحت بیان شود: ترانسفورماتور به نیروگاه بادی امکان می دهد اصلاً به شبکه متصل شود. بدون آن، عدم تطابق ولتاژ ادغام را غیرممکن می کند. یک ترانسفورماتور به درستی مشخص شده، خروجی توربین را با سیستم جمع آوری و سیستم جمع آوری را تا نقطه اتصال به هم تطبیق می دهد.

اما "تنظیم ولتاژ" به معنای فعال - ترانسفورماتور هیچ چیزی را به خودی خود تنظیم نمی کند. با توجه به نسبت چرخش خود تبدیل می شود. تنظیم واقعی از تغییر دهنده های شیر، طرح های کنترل ولتاژ و قابلیت توان راکتیو از اینورترها ناشی می شود. نقش ترانسفورماتور فراهم کردن رابط مناسب برای کارکرد آن سیستم ها است.

مسیرهای مشکل ساز شکستن جداسازی گالوانیک

این یکی از با ارزش ترین کمک های ترانسفورماتور است. سیم پیچ ها جداسازی گالوانیکی بین طرف توربین و سمت شبکه ایجاد می کنند. این بدان معناست که DC از اینورتر خارج می شود - و همیشه مقداری وجود دارد - به شبکه تزریق نمی شود. ولتاژهای حالت معمولی به جای انتشار در شبکه، مسیر برگشت را از طریق نول زمین شده ترانسفورماتور پیدا می کنند.

جداسازی همچنین مسیرهای جریان با توالی صفر را مسدود می کند. در یک ترانسفورماتور دلتا وای، سیم پیچی مثلث جریان های توالی صفر را از سمت شبکه به دام می اندازد و از گردش آنها در تجهیزات توربین جلوگیری می کند. این یک مزیت واقعی کیفیت برق است.

امپدانس-شمشیر دو لبه

هر ترانسفورماتور دارای امپدانس است - مخالفت ذاتی با جریان جریان. این امپدانس جریان خطا را محدود می کند که خوب است. اما در زیر بار نیز افت ولتاژ ایجاد می کند. هنگامی که نیروگاه بادی برق صادر می کند، آن امپدانس باعث افزایش ولتاژ در نقطه اتصال می شود. وقتی نیروگاه توان راکتیو وارد می کند، باعث افت ولتاژ می شود.

این ذاتا خوب یا بد نیست. این یک ویژگی است که باید در مطالعات سیستمی مورد توجه قرار گیرد. یک ترانسفورماتور با امپدانس خیلی کم ممکن است جریان خطای بیش از حد را عبور دهد. امپدانس بیش از حد بالا ممکن است کنترل ولتاژ را دشوار کند. درست کردن آن مستلزم تطبیق ترانسفورماتور با کاربرد خاص است.

چالش ها - جایی که همه چیز پیچیده می شود

هارمونیک - سهم اینورتر

توربین های بادی مدرن از مبدل های الکترونیکی قدرت استفاده می کنند. این مبدل ها هارمونیک ها-جریان ها را در فرکانس هایی که مضرب اصلی هستند تولید می کنند. طیف دقیق به توپولوژی مبدل و استراتژی سوئیچینگ بستگی دارد.

ترانسفورماتور این هارمونیک ها را ایجاد نمی کند، اما به روش های مهمی با آنها تعامل دارد. برای مثال، سیم پیچ دلتا، مسیری را برای هارمونیک های سه گانه (3، 9، 15) برای گردش فراهم می کند، که می تواند مفید باشد زیرا آنها را از شبکه دور نگه می دارد. اما آن جریان های گردشی همچنان باعث تلفات و گرمایش در ترانسفورماتور می شوند.

مهمتر از آن، اندوکتانس ترانسفورماتور با ظرفیت خازن سیستم - از جمله ظرفیت کابل و هر خازن اصلاح کننده ضریب توان - ترکیب می شود تا شرایط تشدید ایجاد کند. اگر یک فرکانس هارمونیک با یک فرکانس تشدید ردیف شود، تقویت رخ می دهد. ولتاژها و جریان ها در آن هارمونیک می تواند بسیار بزرگتر از آن چیزی باشد که منبع پیشنهاد می کند.

کاهش با درک این تعاملات در طول طراحی شروع می شود. امپدانس ترانسفورماتور، پیکربندی سیم پیچی و هرگونه فیلتر یکپارچه باید با در نظر گرفتن طیف هارمونیک مورد انتظار انتخاب شوند. در برخی موارد، فیلترهای هارمونیک خارجی ضروری است. در برخی دیگر، یک امپدانس ترانسفورماتور به خوبی انتخاب شده می تواند فرکانس های تشدید را از هارمونیک های مشکل دار دور کند.

Inrush Current-رویداد انرژی

هر بار که یک ترانسفورماتور را انرژی می دهید، جریان هجومی مغناطیسی می کشد که می تواند برای چند سیکل به 8 تا 12 برابر جریان بار کامل برسد. در یک ترانسفورماتور نیروگاه بادی بزرگ، این یک رویداد مهم است. این باعث کاهش ولتاژ می شود که می تواند سایر تجهیزات متصل به همان باس را تحت تأثیر قرار دهد.

شدت به نقطه موج ولتاژ هنگام بسته شدن بریکر، شار باقیمانده در هسته و طراحی ترانسفورماتور بستگی دارد. ترانسفورماتورهای مدرن با فولاد هسته بهبود یافته در واقع پتانسیل هجومی بالاتری دارند زیرا خواص مغناطیسی بهتر به معنای شکاف هوای کمتری در هسته است.

سوئیچینگ کنترل شده - بستن بریکر در نقطه بهینه موج - یکی از اقدامات کاهشی است. یکی دیگر به سادگی پذیرفتن این است که هجوم رخ می دهد و اطمینان از هماهنگی حفاظتی بدون سفرهای مزاحم. ما داده‌های هجومی دقیق را با هر ترانسفورماتور ارائه می‌کنیم تا مطالعات سیستم بتواند آن را توضیح دهد.

کمک فلیکر-The Wind

باد متغیر است. این تغییرپذیری باعث نوسان توان خروجی توربین می شود که باعث نوسانات ولتاژ در نقطه اتصال می شود. اگر این نوسانات در فرکانس‌های خاصی باشند، باعث سوسو زدن می‌شوند - تغییر محسوس در شدت نور.

ترانسفورماتور باعث سوسو زدن نمی شود، اما امپدانس آن تعیین می کند که یک نوسان توان معین چقدر به نوسان ولتاژ تبدیل می شود. امپدانس کمتر به معنای تغییرات ولتاژ کمتر برای تغییر توان یکسان است. این یکی از دلایلی است که گاهی اوقات ترانسفورماتورهای با امپدانس کمتر برای کاربردهای باد مشخص می شوند.

اما یک معامله وجود دارد. امپدانس کمتر به معنای جریان خطای بالاتر و هماهنگی حفاظتی بالقوه چالش برانگیزتر است. انتخاب صحیح عملکرد سوسو زدن را در مقابل سایر نیازهای سیستم متعادل می کند.

آنچه واقعاً در انتخاب ترانسفورماتور مهم است

وقتی کسی از من می پرسد که چگونه یک ترانسفورماتور را برای پروژه بادی انتخاب کنم، به آنها می گویم که فراتر از رتبه بندی های اولیه نگاه کنند.

امپدانس این بر تنظیم ولتاژ، سطوح خطا و سهم سوسو زدن تأثیر می گذارد. باید برای برنامه خاص مناسب باشد.

پیکربندی سیم پیچ. Delta-wye رایج است، اما این انتخاب بر رفتار هارمونیک و زمین تأثیر می گذارد. اتصال سیم پیچ ثانویه (سمت شبکه) نحوه تعامل نیروگاه با زمین کردن سیستم را تعیین می کند.

طراحی هسته. هسته های با تلفات کمتر کارآمد هستند، اما می توانند بر ویژگی های هجومی تأثیر بگذارند. مبادلات مهم است.

لوازم جانبی. سی تی بوشینگ برای اندازه گیری و حفاظت. برقگیرهای ادغام شده در ترانسفورماتور یا عرضه شده به طور جداگانه. مقررات نظارت در صورت نیاز کارخانه.

تست کردن نه فقط تست‌های معمول، بلکه تست‌های ویژه در صورتی که برنامه به آن‌ها نیاز داشته باشد - افزایش دما، سطح صدا، مقاومت در برابر اتصال کوتاه.

آنچه در میدان می بینیم

من شاهد تکامل این صنعت در طی سال ها تامین ترانسفورماتور برای پروژه های بادی بوده ام. روزهای اولیه ساده‌تر بود، یک ترانسفورماتور توزیع استاندارد را بگیرید، آن را در یک محفظه نصب شده روی پد قرار دهید، آن را یک روز بنامید. که دیگر کار نمی کند.

نیروگاه های بادی مدرن ترانسفورماتورها را سخت تر فشار می دهند. جریان های بالاتر، محتوای هارمونیک بیشتر، الزامات کد شبکه دقیق تر. ترانسفورماتورهایی که مبارزه می کنند، آنهایی هستند که بدون در نظر گرفتن این واقعیت ها طراحی شده اند.

آنهایی که انجام می‌دهند برای وظیفه طراحی شده‌اند، با پیکربندی‌های سیم‌پیچ که هارمونیک‌ها را مدیریت می‌کنند، امپدانس‌های انتخاب شده برای سیستم جمع‌آوری خاص، و حاشیه کافی برای زنده ماندن از گذراهایی که به ناچار اتفاق می‌افتند.

خط پایین

ترانسفورماتور بادی فقط یک دستگاه افزایش دهنده ولتاژ نیست. این رابط بین یک منبع متغیر و الکترونیکی قدرت و شبکه است. ولتاژ را شکل می دهد، هارمونیک ها را فیلتر می کند، جریان خطا را محدود می کند و بر نحوه تعامل نیروگاه با شبکه تأثیر می گذارد.

آن را درست انجام دهید، و همه آن کارها را بدون توجه انجام می دهد. اشتباه بگیرید، و این دلیل می شود که کارخانه نتواند به تعهدات کد شبکه خود عمل کند یا دچار قطعی های مکرر شود.

اگر روی یک پروژه بادی کار می‌کنید و می‌خواهید درباره انتخاب ترانسفورماتور-امپدانس، تنظیمات سیم‌پیچ، الزامات آزمایش صحبت کنید، خوشحالم که این گفتگو را انجام دادم. جزئیات بیشتر از آنچه که کاتالوگ ها نشان می دهند اهمیت دارند.

مراجع

• IEC 60076-6، ترانسفورماتورهای قدرت - قسمت 6: راکتورها.
• IEEE Std C57.159، راهنمای IEEE برای کاربرد ترانسفورماتور در مزارع بادی.
• بروشور فنی CIGRE 770، تعامل ترانسفورماتور با مبدل های الکترونیکی قدرت.