หม้อแปลงไฟฟ้าสำหรับพลังงานลมส่งผลต่อคุณภาพไฟฟ้าของระบบที่เชื่อมต่ออย่างไร?

นี่เป็นคำถามที่ฉันได้ยินจากนักพัฒนาฟาร์มกังหันลมและวิศวกรสาธารณูปโภคบ่อยกว่าคำถามอื่นๆ และมันก็สมเหตุสมผลที่ทุกคนมุ่งเน้นไปที่กังหันและอินเวอร์เตอร์ แต่หม้อแปลงจะอยู่ที่จุดเชื่อมต่อระหว่างเจนเนอเรชั่นและกริด มันไม่ใช่ผู้เล่นที่ไม่โต้ตอบ มันกำหนดรูปร่างสิ่งที่กริดมองเห็น

เรามาพูดถึงความหมายที่แท้จริงต่อคุณภาพไฟฟ้ากันดีกว่า

ทำความเข้าใจกับหม้อแปลงลม - สิ่งที่พวกเขาทำจริง

ขั้นแรก ให้ตรวจสอบความเป็นจริงอย่างรวดเร็วว่าหม้อแปลงเหล่านี้คืออะไรและไม่ใช่อะไร หม้อแปลงไฟฟ้าพลังลมจะเพิ่มแรงดันไฟฟ้าจากเอาท์พุตของกังหัน โดยปกติจะเป็น 690 V หรือไม่กี่ kV ไปจนถึงแรงดันไฟฟ้าของระบบรวบรวม ซึ่งมักจะอยู่ที่ 34.5 kV หรือสูงกว่า นั่นเป็นงานหลักของมัน แต่ในการทำเช่นนั้น จะมีปฏิสัมพันธ์กับคุณภาพไฟฟ้าในรูปแบบที่สำคัญ

หม้อแปลงไฟฟ้าไม่สร้างปัญหาคุณภาพไฟฟ้า แต่อาจทำให้แย่ลงหรือช่วยบรรเทาได้ ขึ้นอยู่กับวิธีการออกแบบและนำไปใช้

ผลงานเชิงบวก - หม้อแปลงไฟฟ้าที่ดีทำอะไรได้บ้าง

การแปลงแรงดันไฟฟ้าและส่วนต่อประสานระบบ

นี่คือฟังก์ชันพื้นฐาน และควรค่าแก่การระบุให้ชัดเจน: หม้อแปลงไฟฟ้าช่วยให้โรงไฟฟ้าพลังงานลมเชื่อมต่อกับโครงข่ายได้เลย หากไม่มีสิ่งนี้ แรงดันไฟฟ้าที่ไม่ตรงกันจะทำให้การรวมระบบเป็นไปไม่ได้ หม้อแปลงไฟฟ้าที่ระบุอย่างเหมาะสมจะจับคู่เอาต์พุตกังหันกับระบบรวบรวมและระบบรวบรวมกับจุดเชื่อมต่อโครงข่าย

แต่ในแง่เชิงรุกแล้ว "การควบคุมแรงดันไฟฟ้า" ก็คือหม้อแปลงไฟฟ้าไม่ได้ควบคุมสิ่งใดเลยด้วยตัวมันเอง มันเปลี่ยนตามอัตราส่วนการหมุนของมัน การควบคุมที่แท้จริงมาจากเครื่องเปลี่ยนแทป แผนการควบคุมแรงดันไฟฟ้า และความสามารถด้านพลังงานรีแอกทีฟจากอินเวอร์เตอร์ บทบาทของหม้อแปลงไฟฟ้าคือการจัดเตรียมอินเทอร์เฟซที่เหมาะสมสำหรับระบบเหล่านั้นในการทำงาน

เส้นทางปัญหาการแยกกัลวานิก-ทำลาย

นี่เป็นหนึ่งในผลงานอันมีค่าที่สุดของหม้อแปลงไฟฟ้า ขดลวดให้การแยกกระแสไฟฟ้าระหว่างด้านกังหันและด้านกริด นั่นหมายถึงการชดเชย DC จากอินเวอร์เตอร์และยังมีบางส่วนอยู่เสมอ ซึ่งจะไม่ถูกฉีดเข้าไปในกริด แรงดันไฟฟ้าโหมดทั่วไปหาเส้นทางกลับผ่านทางสายดินที่เป็นกลางของหม้อแปลงแทนที่จะแพร่กระจายผ่านเครือข่าย

การแยกยังบล็อกเส้นทางปัจจุบันที่ไม่มีลำดับด้วย ในหม้อแปลงเดลต้าไวย์ ขดลวดเดลต้าจะดักจับกระแสลำดับศูนย์จากฝั่งกริด เพื่อป้องกันไม่ให้กระแสไหลผ่านอุปกรณ์ของกังหัน นั่นคือคุณประโยชน์ด้านคุณภาพกำลังไฟฟ้าอย่างแท้จริง

ความต้านทาน-ดาบสองคม

หม้อแปลงทุกตัวมีอิมพีแดนซ์ซึ่งขัดแย้งกับการไหลของกระแสโดยธรรมชาติ อิมพีแดนซ์นั้นจำกัดกระแสไฟฟ้าลัด ซึ่งถือว่าดี แต่ยังสร้างแรงดันตกคร่อมภายใต้โหลดด้วย เมื่อโรงไฟฟ้าพลังงานลมส่งออกพลังงาน อิมพีแดนซ์นั้นจะทำให้แรงดันไฟฟ้าเพิ่มขึ้น ณ จุดเชื่อมต่อโครงข่าย เมื่อโรงงานนำเข้าพลังงานปฏิกิริยา จะทำให้แรงดันไฟฟ้าตก

นี่ไม่ใช่เรื่องดีหรือไม่ดีโดยเนื้อแท้ เป็นลักษณะที่ต้องคำนึงถึงในการศึกษาระบบ หม้อแปลงไฟฟ้าที่มีอิมพีแดนซ์ต่ำเกินไปอาจส่งผ่านกระแสไฟลัดมากเกินไป อิมพีแดนซ์สูงเกินไปอาจทำให้การควบคุมแรงดันไฟฟ้าทำได้ยาก การทำให้ถูกต้องต้องจับคู่หม้อแปลงกับแอปพลิเคชันเฉพาะ

ความท้าทาย-จุดที่สิ่งต่างๆ มีความซับซ้อน

ฮาร์มอนิกส์-ผลงานของอินเวอร์เตอร์

กังหันลมสมัยใหม่ใช้ตัวแปลงไฟฟ้ากำลัง ตัวแปลงเหล่านั้นจะสร้างกระแสฮาร์โมนิคที่ความถี่ที่เป็นทวีคูณของค่าพื้นฐาน สเปกตรัมที่แน่นอนขึ้นอยู่กับโทโพโลยีของตัวแปลงและกลยุทธ์การสลับ

หม้อแปลงไฟฟ้าไม่ได้สร้างฮาร์โมนิคเหล่านี้ แต่จะโต้ตอบกับพวกมันในรูปแบบที่สำคัญ ตัวอย่างเช่น การพันขดลวดแบบเดลต้าจะให้เส้นทางสำหรับฮาร์โมนิกสามเลน (3, 9, 15) ที่จะหมุนเวียน ซึ่งอาจเป็นประโยชน์เพราะจะทำให้ฮาร์โมนิกไม่อยู่ในตาราง แต่กระแสหมุนเวียนเหล่านั้นยังคงทำให้เกิดการสูญเสียและความร้อนในหม้อแปลง

ที่สำคัญยิ่งกว่านั้น ตัวเหนี่ยวนำของหม้อแปลงจะรวมกับความจุของระบบ ซึ่งรวมถึงความจุของสายเคเบิลและตัวเก็บประจุแก้ไขตัวประกอบกำลัง เพื่อสร้างสภาวะเรโซแนนซ์ หากความถี่ฮาร์มอนิกสอดคล้องกับความถี่เรโซแนนซ์ การขยายจะเกิดขึ้น แรงดันและกระแสที่ฮาร์มอนิกนั้นอาจมีขนาดใหญ่กว่าแหล่งกำเนิดที่แนะนำมาก

การบรรเทาผลกระทบเริ่มต้นด้วยการทำความเข้าใจปฏิสัมพันธ์เหล่านี้ระหว่างการออกแบบ ต้องเลือกอิมพีแดนซ์ของหม้อแปลง การกำหนดค่าขดลวด และการกรองแบบรวมใดๆ โดยคำนึงถึงสเปกตรัมฮาร์มอนิกที่คาดหวังไว้ ในบางกรณี จำเป็นต้องมีตัวกรองฮาร์มอนิกภายนอก ในส่วนอื่นๆ อิมพีแดนซ์ของหม้อแปลงที่เลือกสรรมาอย่างดีสามารถเปลี่ยนความถี่เรโซแนนซ์ไปจากฮาร์โมนิคที่มีปัญหาได้

กระแสไหลเข้า-เหตุการณ์เติมพลัง

ทุกครั้งที่คุณจ่ายไฟให้กับหม้อแปลง มันจะดึงกระแสพุ่งเข้าแบบแม่เหล็กที่สามารถเข้าถึงกระแสโหลดเต็ม 8 ถึง 12 เท่าในสองสามรอบ บนหม้อแปลงไฟฟ้ากังหันลมขนาดใหญ่ นั่นเป็นเหตุการณ์สำคัญ ทำให้เกิดแรงดันไฟฟ้าตกซึ่งอาจส่งผลต่ออุปกรณ์อื่นที่เชื่อมต่อกับบัสเดียวกัน

ความรุนแรงขึ้นอยู่กับจุดบนคลื่นแรงดันไฟฟ้าเมื่อเบรกเกอร์ปิด ฟลักซ์ตกค้างในแกนกลาง และการออกแบบของหม้อแปลง หม้อแปลงสมัยใหม่ที่มีแกนเหล็กที่ได้รับการปรับปรุงมีศักยภาพในการพุ่งเข้าที่สูงกว่า เนื่องจากคุณสมบัติทางแม่เหล็กที่ดีกว่าหมายถึงช่องว่างอากาศในแกนที่น้อยลง

การสลับการควบคุมการปิดเบรกเกอร์ที่จุดที่เหมาะสมที่สุดบนคลื่น - เป็นการบรรเทาผลกระทบอย่างหนึ่ง อีกประการหนึ่งคือการยอมรับว่าการไหลเข้าเกิดขึ้นและสร้างความมั่นใจว่าการประสานงานการป้องกันจะช่วยให้เกิดขึ้นได้โดยไม่ต้องเดินทางรบกวน เราให้ข้อมูลการไหลเข้าโดยละเอียดกับหม้อแปลงทุกตัว เพื่อให้การศึกษาระบบสามารถอธิบายได้

ผลงานของ Flicker-The Wind

ลมเป็นตัวแปร ความแปรปรวนดังกล่าวทำให้กำลังไฟฟ้าเอาท์พุตของกังหันผันผวน ซึ่งทำให้แรงดันไฟฟ้าผันผวนที่จุดเชื่อมต่อ หากความผันผวนดังกล่าวอยู่ที่ความถี่ใดความถี่หนึ่ง จะทำให้เกิดการสั่นไหว ซึ่งเป็นความแปรผันของความเข้มของแสงที่สังเกตได้

หม้อแปลงไฟฟ้าไม่ทำให้เกิดการสั่นไหว แต่อิมพีแดนซ์ของหม้อแปลงจะกำหนดว่าความผันผวนของพลังงานที่กำหนดจะแปลงเป็นความผันผวนของแรงดันไฟฟ้ามากน้อยเพียงใด อิมพีแดนซ์ที่ต่ำกว่าหมายถึงการเปลี่ยนแปลงแรงดันไฟฟ้าที่น้อยลงสำหรับการเปลี่ยนแปลงพลังงานที่เท่ากัน นั่นเป็นเหตุผลหนึ่งที่บางครั้งมีการระบุหม้อแปลงความต้านทานต่ำสำหรับการใช้งานลม

แต่มีการแลกเปลี่ยน อิมพีแดนซ์ที่ต่ำกว่าหมายถึงกระแสไฟลัดที่สูงขึ้น และอาจเกิดการประสานงานการป้องกันที่ท้าทายมากขึ้น ตัวเลือกที่เหมาะสมจะรักษาสมดุลระหว่างประสิทธิภาพการกะพริบกับข้อกำหนดของระบบอื่นๆ

สิ่งที่สำคัญจริง ๆ ในการเลือกหม้อแปลงไฟฟ้า

เมื่อมีคนถามฉันว่าจะเลือกหม้อแปลงไฟฟ้าสำหรับโครงการพลังงานลมอย่างไร ฉันบอกให้พวกเขามองข้ามเรตติ้งพื้นฐาน

ความต้านทาน สิ่งนี้ส่งผลต่อการควบคุมแรงดันไฟฟ้า ระดับความผิดปกติ และการมีส่วนร่วมของการสั่นไหว ต้องเหมาะสมกับการใช้งานเฉพาะด้าน

การกำหนดค่าการม้วน Delta-wye เป็นเรื่องปกติ แต่ตัวเลือกจะส่งผลต่อพฤติกรรมฮาร์มอนิกและการต่อสายดิน การเชื่อมต่อขดลวดทุติยภูมิ (ด้านกริด) จะกำหนดวิธีที่โรงงานมีปฏิกิริยากับการต่อสายดินของระบบ

การออกแบบหลัก แกนสูญเสียที่ต่ำกว่านั้นมีประสิทธิภาพ แต่อาจส่งผลต่อลักษณะการไหลเข้าได้ การแลกเปลี่ยนมีความสำคัญ

เครื่องประดับ. Bushing CTs สำหรับการสูบจ่ายและการป้องกัน อุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากที่รวมอยู่ในหม้อแปลงหรือแยกจำหน่าย การตรวจสอบข้อกำหนดหากโรงงานต้องการ

การทดสอบ ไม่ใช่เพียงการทดสอบตามปกติ แต่ยังมีการทดสอบพิเศษว่าการใช้งานต้องการการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิ ระดับเสียง และการทนต่อการลัดวงจรหรือไม่

สิ่งที่เราเห็นในสนาม

ฉันเฝ้าดูอุตสาหกรรมนี้พัฒนาขึ้นตลอดหลายปีที่ผ่านมาในการจัดหาหม้อแปลงไฟฟ้าให้กับโครงการพลังงานลม ในยุคแรกๆ นั้นง่ายกว่าคือใช้หม้อแปลงไฟฟ้าระบบจำหน่ายแบบมาตรฐาน ใส่ไว้ในกล่องหุ้มแบบติดแผ่น เรียกมันว่า a day นั่นไม่ทำงานอีกต่อไป

พืชลมสมัยใหม่ดันหม้อแปลงให้แรงขึ้น กระแสที่สูงขึ้น ปริมาณฮาร์โมนิคที่มากขึ้น ข้อกำหนดรหัสกริดที่เข้มงวดมากขึ้น หม้อแปลงที่ต่อสู้ดิ้นรนคือตัวที่ออกแบบโดยคำนึงถึงความเป็นจริงเหล่านั้น

อิมพีแดนซ์ที่ทำงานได้รับการออกแบบมาสำหรับงานที่มีการกำหนดค่าการพันของขดลวดที่จัดการฮาร์โมนิค อิมพีแดนซ์ที่เลือกสำหรับระบบการรวบรวมเฉพาะ และระยะขอบที่เพียงพอต่อการอยู่รอดต่อสภาวะชั่วคราวที่เกิดขึ้นอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้

บรรทัดล่าง

หม้อแปลงไฟฟ้าแรงลมไม่ได้เป็นเพียงอุปกรณ์เพิ่มแรงดันไฟฟ้าเท่านั้น มันคือส่วนต่อประสานระหว่างตัวแปร แหล่งพลังงานอิเล็กทรอนิกส์ และกริด โดยจะกำหนดรูปแบบแรงดันไฟฟ้า กรองฮาร์โมนิค จำกัดกระแสไฟฟ้าลัด และมีอิทธิพลต่อวิธีที่โรงงานโต้ตอบกับเครือข่าย

ทำให้ถูกต้องและทำสิ่งเหล่านั้นทั้งหมดโดยไม่มีใครสังเกตเห็น หากทำผิด และนั่นเป็นสาเหตุที่ทำให้โรงงานไม่สามารถปฏิบัติตามพันธกรณีของรหัสกริดหรือประสบปัญหาไฟฟ้าดับซ้ำแล้วซ้ำอีก

หากคุณกำลังทำงานโปรเจ็กต์เกี่ยวกับพลังงานลมและต้องการพูดคุยเกี่ยวกับตัวเลือกการเลือกหม้อแปลง - อิมพีแดนซ์ การกำหนดค่าการม้วน และข้อกำหนดในการทดสอบ ฉันดีใจที่ได้พูดคุยเรื่องนี้ รายละเอียดมีความสำคัญมากกว่าการแสดงแค็ตตาล็อก

อ้างอิง

• IEC 60076-6 หม้อแปลงไฟฟ้ากำลัง - ส่วนที่ 6: เครื่องปฏิกรณ์
• IEEE Std C57.159, คู่มือ IEEE สำหรับการใช้งานหม้อแปลงไฟฟ้าในฟาร์มกังหันลม
• โบรชัวร์ทางเทคนิคของ CIGRE 770 ปฏิสัมพันธ์ระหว่างหม้อแปลงกับตัวแปลงไฟฟ้ากำลัง