Die Installation der Windkraftanlage an einem Standort ist nur eine Sache. Nachdem elektrischer Strom an einer Windkraftanlage erzeugt wird, fließt der Strom sofort durch mindestens zwei Hochspannungstransformatoren und eine Umspannstation, die danach fast niemand sieht. Der verborgene Weg ist der Ort, an dem die verschiedenen Arten von Ingenieureingaben für die an der Planung, dem Bau oder dem Kauf von Windkraftanlagen beteiligten Personen getroffen werden.
Die Erforschen Sie eine Windkraftanlage Das Informationspapier des Energieministeriums bietet einen Überblick über die Stromerzeugung mit Windenergie. Es wird festgestellt, dass jede Turbine in einem Windpark unweigerlich Strom erzeugt und ihn an eine Umspannstation sendet, bevor er das Netz erreicht. Was verborgen bleibt, ist, was getan wird, um dieses System zu produzieren. Es muss verstanden werden, welche Art von Transformator an der Windkraftanlage verwendet wird, welche Art von Transformator an der Hauptumspannstation verwendet wird, warum Energie in einem Land bei 33 kV und in anderen bei 34,5 kV gesammelt wird und welche Anforderungen für den EPC-Auftragnehmer berücksichtigt werden sollten.
Dieses Papier schließt die Lücke in den obigen Informationen, da es das gesamte elektrische System eines Windparks beschreibt, beginnend von den Generatoranschlüssen bis zum Verbindungspunkt, der alle notwendigen Berechnungen und Listen bereitstellt.
A Umspannstation für Windkraftanlagen ist die Spannungswandlungs- und Schaltanlage, die den Strom von einer Windkraftanlage zum Stromnetz transportiert. Sie arbeitet normalerweise in zwei Stufen. Zuerst hebt ein Hochspannungstransformator neben oder in jeder Turbine die Generatorspannung (typischerweise 0,69 kV) auf eine mittlere Sammelspannung von 33 kV, 34,5 kV oder 35 kV an. Zweitens sammelt eine Umspannstation für Windparks die Ausgänge vieler Turbinen und hebt sie erneut auf eine Übertragungs- spannung wie 110 kV, 132 kV oder 230 kV an. Ohne beide Stufen wären die Leitungsströme und Kabelverluste viel zu hoch, um Windenergie wirtschaftlich zu liefern.
Was ist eine Umspannstation für Windkraftanlagen?
In der Alltagssprache werden zwei verschiedene Geräte mit einem einzigen Begriff bezeichnet, was es leicht macht, sie zu verwechseln. Der erste Schritt zur korrekten Beschreibung eines Windprojekts besteht darin, die Unterscheidung zu treffen.
Wie der Strom von einer Windkraftanlage zum Netz gelangt
Der Rotor wird durch den Wind betrieben, gefolgt von der Stromerzeugung durch den Generator. Der Strom vom Generator durchläuft in den meisten Fällen einen Leistungswandler, was zur Freisetzung von dreiphasigem Wechselstrom führt. Diese Niederspannung wird nicht ausreichen, um Entfernungen zu überbrücken; sie wird dann über die Windkraftanlage hochtransformiert und entweder durch unterirdische Kabel oder asphaltierte Freileitungen geleitet.
Turbine Hochspannungseinheiten vs. Umspannstationen für Windparks
Eine Turbine wird von der Turbinebene-Einheit gewartet. Sie kann als Transformator zur Hochspannungserhöhung der Windturbine bezeichnet werden und kommt normalerweise als verpackter Transformator mit Mittelspannungsumschaltung und Schutz in einem Gehäuse (manchmal als kombinierte Station oder Boxstation bezeichnet). Die Sammelstation versorgt den gesamten Windpark. Es handelt sich um eine voll funktionsfähige Hochspannungsstation mit einem oder mehreren schweren Transformatoren, Leistungsschaltern, Sammelschienen, einem Kontrollgebäude und Schutzrelais.
| Merkmal | Turbinebene-Hochspannungstransformator | Sammelstation des Windparks |
| Dient | Eine Turbine | Alle Turbinen im Projekt |
| Typisches Spannungsverhältnis | 0,69 kV zu 33, 34,5 oder 35 kV | 33–35 kV zu 66–230 kV oder höher |
| Typische Nennleistung | Auf eine Turbine abgestimmt, normalerweise einige MVA | Zehn bis Hunderte von MVA |
| Standort | Nabe, Turmfuß oder Fundament neben dem Turm | Eingezäunter Standort am Rand des Windparks |
| Schaltgerät | Lasttrennschalter mit Sicherungen oder ein Leistungsschalter | HV-Leistungsschalter und Trennschalter |
| Hauptstandards | IEC/IEEE 60076-16, IEC 62271-202 | IEC 60076-Serie, IEC 62271-Serie, IEC 61936-1 |
Braucht jede Windturbine ihre eigene Umspannstation?
Jede netzverbundene Turbine im Großmaßstab benötigt einen eigenen Transformator. Sie benötigt jedoch keine vollständige Umspannstation. Das turbinenspezifische Gerät wird als Transformator mit lokaler Umschaltung anstelle einer vollständigen Umspannstation mit Sammelschutz und Steuerung betrachtet. Eine Sammelstation ist normalerweise mit mehreren Turbinen verbunden. Verteilte Turbinen, die an eine lokale Niederspannungsleitung angeschlossen sind, sind eine Ausnahme von der Regel; sie können ohne jegliche Umwandlung in die Mittelspannung angeschlossen werden.
Wie ein elektrisches System eines Windparks funktioniert
Ein vereinfachtes Diagramm der Umspannstation des Windparks, gezeichnet als ein Einliniendiagramm für ein typisches Onshore-Projekt, folgt diesem Pfad:
- Windturbinen-Generator und -Umrichter: dreiphasige AC-Spannung, normalerweise 0,69 kV
Transformatoren zur Hochspannungserhöhung der Turbine: 0,69 kV zu 33, 34,5 oder 35 kV
Mittelspannungs-Sammelstromleitungen: mehrere Installationen in Reihe in jedem Kabel
Umspannstation zur Einspeisung der Energie: MV-Zuführungsschalter und der Haupttransformator (34,5/230 kV oder 33/132 kV)
Übertragungsstromkreis und der Anschluss an das Versorgungsnetz.Diese Spannungsniveaus sind repräsentativ; die tatsächlichen Zahlen hängen vom Turbinen-Design, der Übertragungs-Spannung in der Nähe des Installationsortes und den Netzstandards ab.
Ausgang des Windturbinen-Generators und -Umrichters
Verschiedene Turbinen, die in der heutigen Welt verwendet werden, werden als variable Drehzahlturbinen bezeichnet. Der elektrische Strom aus dem Generator muss in Gleichstrom umgewandelt werden, was innerhalb der Turbine geschieht. Danach wird dieser elektrische Strom wieder in Wechselstrom mit der Frequenz der Netzspannung in Vollumrichterturbinen umgewandelt. Das endgültige Ergebnis ist Wechselstrom an den Anschlüssen der Turbine, aber die Art des elektrischen Stroms, die von der Turbine geliefert wird, beeinflusst die Leistung verschiedener Geräte, die sich stromabwärts von dieser Turbine befinden.
Turbinebene-Hochspannungstransformatoren
Der Transformator, der in der Windturbine verwendet wird, erhöht die Anschluss-Spannung auf das Sammelniveau, und seine Nennleistung sollte in der Lage sein, die gesamte Scheinleistung der Turbine zu berücksichtigen, im Gegensatz zu nur ihrer tatsächlichen Leistungsabgabe. Eine Turbine mit einer Kapazität von 4 MW und einem Leistungsfaktor von 0,95 produziert 4,2 MVA, daher sollte der Transformator höher als seine MW-Kapazität mit Berücksichtigung der Blindleistung und der Erwärmung aufgrund von Harmonischen bewertet werden.
Mittelspannungs-Sammelleitungen
Die Windpark-Sammelsystem verbindet Turbinen miteinander. Die Studie von NREL über ein großes Windkraftwerk beschreibt Speiseleitungen, Erdkabel oder Freileitungen, die die Turbinen mit einem 34,5 kV-Bus verbinden, der den Transformator der Anlage speist (NREL, Äquivalenz des Sammelsystems eines großen Windkraftwerks). Turbinen sind normalerweise in Reihen verbunden, wobei die Kabelquerschnitte in Richtung des Umspannwerks zunehmen, während der kumulierte Strom wächst.
Sammel-Umspannwerk und Netzanschluss
Die Speiseleitung verbindet sich mit ihrem jeweiligen Leistungsschalter im Sammel-Umspannwerk. Die Sammelspannung wird dann durch den Haupttransformator auf die Übertragungs-Spannung erhöht. Typische Einreichungsankündigungen in Nordamerika haben die Sammelspannung bei 34,5 kV mit einem Haupttransformator im Verhältnis 230/34,5 kV, während in der IEC-Region die Projekte eine Sammelspannung von 33 kV mit einem Haupttransformator im Verhältnis von entweder 132/33 kV oder 110/35 kV aufweisen. Zusätzliche Ausrüstung an der Installation besteht aus einem Einnahme-Messsystem, einem Controller und einer Versorgungs-Schnittstelle.
Standort und Design des Windturbinen-Hochspannungstransformators
Wo der Turbinentransformator sitzt und wie er isoliert und gekühlt wird, beeinflusst die Kabelverlegung, den Wartungszugang und die Art des Gehäuses, das das Projekt benötigt.
Nacelle-, Turm-Basen- und Pad-Montierte Anordnungen
Es gibt drei Standardstandorte. Ein Nacelle-Transformator befindet sich oben am Turbinenrotor, was die Niederspannungskabel kurz hält. Der Nacelle-Transformator erfordert jedoch ein effizientes und kompaktes Design für den Betrieb aufgrund der Vibrationen, denen er ausgesetzt ist. Ein Transformator befindet sich im Sockel des Turms. Ein Pad-Transformator befindet sich auf einem Pad außerhalb des Turmsockels, was seine Kühlung unterstützt und die Wartung des Transformators erleichtert.
Öl-untergetauchte vs. Trockenbau-Transformatoren
In einer bodenmontierten Installation sind flüssigkeitsuntergetauchte Transformatoren sehr beliebt, da sie über einen guten Kühlmechanismus verfügen, Überlastungen standhalten können und zu einem angemessenen Preis bei normalen Spannungspegeln erhältlich sind. Wenn es jedoch in Innenräumen geht, werden Trockenbau- oder Gießharztransformatoren verwendet, da sie in Bezug auf Brandschutzprobleme hoch punkten und flüssigkeitsfrei sind. Der IEC/IEEE-Standard 60076-16 behandelt beide Transformatorarten für den Einsatz in Windturbinenanwendungen.
Warum kompakte kombinierte Umspannwerke verwendet werden
Die Kombinationsstation hat den Transformator, MV-Schaltgerät(e), Sicherung und die LV-Anschlüsse in einer einzigen werkseitig gefertigten Schließeinheit kombiniert. Weniger erforderliche Anschlüsse im Feld führen zu schnellerer Montage und reduzierten Tests während der Installationen. Da sie in getesteter Form geliefert wird, wird die Qualität der Installation erheblich erhöht.
Der Grund für 33 kV, 34,5 kV und 35 kV in Windparks
Eine detaillierte Darstellung: 690V gegen 35K
Der dreiphasige Strom wird als I=P/(√3*V*PF) dargestellt. Zum Beispiel betrachten wir eine Windturbine, die P=4 MW mit einem Leistungsfaktor von 0,95 liefern kann.
Bei einem Betrieb von 690 V ist I=(4.000.000/(√3*690*0,95))=3.523 A
Bei einem Betrieb von 33 kV ist I=73,7 A
Bei einem Betrieb von 34,5 kV ist I=70,5 A
Bei einem Betrieb von 35 kV ist I=69,5 A
Wenn die Spannung von 690 V auf 35 kV wechselt, reduziert sich der Strom um ein ungefähres Verhältnis von 51. Es gibt eine konstante Beziehung zwischen den Widerstandsverlusten und dem Quadrat des Stroms, was bedeutet, dass die I²R-Verluste in der Praxis um etwa 2.500 Mal reduziert würden. Schließlich können die Reduzierungen als kleinere Kabel, längere mögliche Zuleitungen oder reduzierte Spannungsabfälle als von denselben Kabeln, aber mit geringeren Verlusten, erscheinen.
Zuleitungsstrom und Spannungsabfall
Dieselbe Formel kann für die gesamte Zuleitung angewendet werden; zum Beispiel werden sechs Turbinen mit jeweils 4 MW (24 MW) einen Stromkreis von 34,5 kV mit etwa 423 A auf der Umspannungsseite der Leitung verwenden, was ähnlich ist, wie es ein Mittelspannungskabel bedienen kann. Bei einer Leistung von 690 V müsste man sich mit Tausenden von Amperes auseinandersetzen. Jeder Abschnitt der Zuleitung sollte entsprechend seiner Leistung dimensioniert werden, und Spannungsabfallberechnungen sollten durchgeführt werden, um die Anforderungen des Turbinenherstellers zu erfüllen.
33 kV vs 34,5 kV vs 35 kV: Was Käufer überprüfen müssen
| Nennsammlerspannung | Wo es üblich ist | Typische Gerätespannungsklasse | Häufigkeit |
| 33 kV | IEC-Märkte: UK, Indien, Naher Osten, Afrika, Australien | 36 kV-Ausrüstung | 50 Hz (hauptsächlich) |
| 34,5 kV | Nordamerika | 38 kV-Klasse Ausrüstung | 60 Hz |
| 35 kV | China und Projekte, die nach chinesischer Praxis gebaut wurden | 40,5 kV-Ausrüstung | 50 Hz |
Diese Begriffe sind nicht austauschbar; ein für 35 kV ausgelegter Transformator bedeutet nicht, dass er im 33 kV-Netz mit derselben Zuverlässigkeit verwendet werden kann, und ein 50 Hz-Transformator kann möglicherweise nicht unbedingt bei 60 Hz betrieben werden. Die akzeptable Spannung, die maximale Spannung für die installierte Ausrüstung, die Anzahl der Abgriffpositionen, die Isolationsbewertung und die Frequenz müssen gemäß dem einlinigen Diagramm des Projekts klar angegeben werden. Käufer, die eine 33kV-Windpark-Umspannstation, ein 34,5kV-Windpark-Transformator oder eine 35kV-Windkraft-Umspannstation sollten all dies ausdrücklich in der Anfrage angeben.
Hauptkomponenten einer Windturbinen-Umspannstation
Die Ausrüstungsliste hängt davon ab, welche Phase Sie betrachten. Nicht jede Komponente in der untenstehenden Tabelle ist in einer kompakten Turbineeinheit installiert.
| Bauteil | Turbinebene-Hochspannungstransformator | Sammler-Umspannstation |
| Aufwärtstransformator | Eine, die auf die Turbine abgestimmt ist | Ein oder mehrere Hauptleistungstransformatoren, oft mit Lastabgriffwechseln |
| MV-Schaltung | Lasttrennschalter mit Sicherungen oder ein Leistungsschalter | Speiseleitungsschutzschalter in MV-Schaltanlagen |
| HV-Schaltung | Nicht vorhanden | HV-Schutzschalter, Trennschalter, Erdungsschalter |
| Instrumententransformatoren | Eingeschränkt oder keine | CTs und VTs für Schutz, Steuerung und Einnahmemessung |
| Überspannungsableiter | MV-Seite, wie angegeben | HV- und MV-Seiten |
| Erdung | Lokale Erde verbunden mit dem Erdungssystem der Turbine | Erdungsgitter der Umspannstation |
| Überwachung | Ölstand, Temperatur, Tür- und Schaltstatus | SCADA, Schutzrelais, Leistungsqualitätsmessgeräte |
Die in Sammelumspannstationen installierten MV-Speiseleitungsschutzschalter verwenden hauptsächlich Vakuumschutzschalter, während der Haupttransformator durch Differenzial- und Überstromrelais geschützt wird, die von den Stromwandlern an beiden Enden gespeist werden.
Schutz- und Netzanforderungen für Windpark-Umspannstationen
Der Schutz verhindert, dass ein einzelner Fehler die gesamte Anlage offline nimmt, während die Netzvorschriften festlegen, wie sich die Anlage verhalten muss, wenn das Netz gestört ist. Die beiden sind miteinander verbunden, werden jedoch von unterschiedlichen Geräten behandelt.
Schutz von Transformatoren und Speiseleitungen
Auf der Ebene der Turbinen dienen entweder die MV-Sicherungen oder Schutzschalter dazu, Transformatorfehler zu beseitigen und die Turbine von der Speiseleitung zu trennen. Die Sammelumspannstation ist mit Überstromschutz und Erdfehlern für jede Speiseleitung ausgestattet. Der Haupttransformator ist mit Differenzialschutz und Backup-Überstromschutz verkabelt. Es ist wichtig, die Einstellungen zu koordinieren, damit ein Kabeldefekt, der eine Reihe betrifft, nur zu einem Auslösen der Speiseleitung führt und es ermöglicht, den Rest des Kraftwerks in Betrieb zu halten.
Fehlerdurchlauf und Spannungsregelung
Netzvorschriften verlangen von Windparks, während Spannungseinbrüchen im Netz zu bleiben und Spannungsunterstützung durch Blindleistung bereitzustellen. Es ist eine Fähigkeit, die auf der Ebene des gesamten Kraftwerks vorhanden sein sollte und nicht vom Transformator abhängt. Stattdessen ist es die Funktion der Turbinenumrichter, ihrer Software und des Anlagencontrollers. Obwohl der Transformator nicht in der Lage ist, eigenständig Fehlerdurchlauf bereitzustellen, sollte seine Impedanz und der Bereich der Abzapfungseinstellungen für eine solche Anwendung geeignet sein.
Oberschwingungen, Blindleistung und Leistungsqualität
Umrichter erzeugen harmonische Ströme, die Verluste in den Transformatorwicklungen verursachen, während lange Kabel Kapazität beitragen, die Resonanzen verursachen kann. Es ist notwendig, diese beiden Probleme zu trennen. Die Leistungsqualität am Anschluss ist ein Thema der Anlage, das gemäß der IEC 61400-21-Serie definiert ist. Das Thema der harmonischen Belastung und des thermischen Designs von Transformatoren ist hauptsächlich ein Thema der Ausrüstung und wird in der IEC 60076-Serie und dem wind-spezifischen Teil 16 behandelt.
SCADA und Fernüberwachung
Windparks befinden sich normalerweise in abgelegenen Gebieten und sind nicht besetzt. Daher werden die Schutzdaten der Transformatoren, ihre Temperaturen, Alarme und Messdaten an das SCADA-System übermittelt, das es den Betreibern ermöglicht, den Windpark von jedem zentralen Ort aus zu überwachen.
IEC-Normen für Umspannstationen von Windturbinen
- IEC 60076-Serie: die Norm legt die Grundlagen wie Nennleistung, Temperaturanstieg, Isolierung und Prüfungen fest. Diese Norm ist relevant für die Haupttransformatoren der Sammelstation.
IEC/IEEE 60076-16:2018: diese werden in den Anwendungen von Windturbinen-Transformatoren verwendet; sie können entweder trocken oder flüssigkeitsgetaucht sein, mit einer höchsten Spannung für Geräte bis zu 72,5 kV. Diese Norm gilt für den Transformator, der eine Turbine mit dem Sammelsystem verbindet, jedoch nicht für den Transformator, der das gesamte Werk mit dem Netz verbindet.
IEC 62271-202:2022: AC-fertige Stationen über 1 kV und bis zu 52 kV, einschließlich Hochspannungs-/Niederspannungs-Transformatoren für Hoch- und Niederspannungsanwendungen. Dies gilt für kompakte Turbineinheiten, jedoch muss die Einhaltung durch Design- und Typprüfungen nachgewiesen werden und nicht durch Annahmen.
IEC 61400-21-1:2019: Messung und Bewertung der elektrischen Eigenschaften von einzelnen netzgekoppelten Windturbinen, einschließlich der Prüfungen zur Stromqualität und Durchlaufprüfungen.
IEC 61400-21-2:2023: dasselbe für gesamte Windkraftanlagen, einschließlich des Steuergeräts der Kraftwerksanlage. Es überlässt ausdrücklich die Prüfungen an Komponenten von Schaltanlagen, Kabeln und Transformatoren ihren eigenen IEC-Normen.Fordern Sie Routineprüfungsberichte für jede Einheit für die Beschaffung an (Transformationsverhältnis, Widerstand, Verluste, Impedanz und die dielektrischen Prüfungen von Transformatoren) sowie Typprüfungsberichte, die mit dem angebotenen Design und der Nennleistung übereinstimmen. Typprüfungen in verschiedenen Spannungsbereichen oder Nennleistungen dienen nicht als Validierung für Ihre Einheit.
Onshore- vs. Offshore-Windstationen
Onshore-Komponenten-Transformatoren
Die Transformatoren, die für Onshore-Projekte verwendet werden, sind am Boden befestigt oder auf Strukturen montiert und speisen Energie in eine stationäre Sammelstation. Der Zugang und die Wartung sind für Onshore-Projekte einfach.
Offshore-Sammel- und Export-Systeme
Bei Offshore-Projekten befindet sich der Transformator in der Turbine, von der aus Array-Kabel jede der Turbinen mit einer Offshore-Station verbinden, dann wird die Energie über Hochspannungs-Exportkabel an das Ufer gesendet. Offshore-Projekte nutzen zunehmend 66 kV-Array-Systeme und können in sehr abgelegenen Gebieten des Meeres HVDC-Technologie verwenden.
Umwelt- und Wartungsanforderungen
Offshore-Designs erfordern extremen Druck, da sie mit Salznebel, Feuchtigkeit und Zugänglichkeitsproblemen umgehen müssen. Die Anforderungen für Onshore-Einheiten sind nicht so herausfordernd, da sie dennoch mit Bedingungen wie Wüstensonne, extremen Kälte, staubigen Bedingungen und hohen Höhen umgehen müssen.
Wie man eine Windturbinen-Station auswählt
Transformator-Kapazität und Spannungsverhältnis
Wählen Sie die Größe der Turbinentransformatoren basierend auf der maximalen Schein- und Blindleistung, die von den Turbinen erzeugt wird. Es ist wichtig, die Auswirkungen von Harmonischen, die vom Umrichter ausgehen, während des Auswahlprozesses zu berücksichtigen. Überprüfen Sie schließlich, ob das Niederspannungsniveau mit der Anschluss-Spannung übereinstimmt und ob das Hochspannungsniveau den Anforderungen des Sammelsystems entspricht.
Sammelnetz und Schaltanlageneinstufungen
Schaltanlagen sollten mit der höchsten erwarteten Nennspannung im System kompatibel sein, mit einer gewissen Fähigkeit, standardmäßige Kurzschlussniveaus und das Erdungssystem zu überstehen. Die Entscheidung zwischen Lasttrennschaltern mit Sicherungen und Leistungsschaltern für die Turbineinheiten sollte frühzeitig getroffen werden, da sie die Schutzkoordination im gesamten Speiseleiter beeinflusst.
RFQ-Checkliste für EPC-Auftragnehmer
| Artikel | Was zu spezifizieren ist |
| Turbinen-Daten | Nenn-MW, maximale MVA, Anschluss-Spannung, Umrichtertyp |
| Sammelsystem | Nennspannung (33, 34,5 oder 35 kV), höchste Spannung für Geräte, Frequenz |
| Netzdaten | Kurzschlussniveau, Erdungsmethode, Speiseleitungstopologie |
| Transformator | Nennleistung, Vektorguppe, Impedanz, Abgriffbereich, Kühlung, Verlustziele |
| Schalten und Schutz | Lasttrennschalter und Sicherung oder Leistungsschalter; Relaisanforderungen |
| Umgebung | Umgebungstemperaturbereich, Höhe, Verschmutzungsgrad, Korrosionskategorie, Gehäusebewertung |
| Normen und Prüfungen | Anwendbare IEC- oder IEEE-Normen, Typprüfnachweise, Routineprüfungen, Zeugenprüfungen |
| Dokumentation und Lieferung | Zeichnungen, einlinige Diagramme, Handbücher, Ersatzteile, Lieferbedingungen |
Windkraftkombinationsstationen von Subian Electric
Subian Electric stellt Geräte für die oben beschriebene Turbinenstufe her. Die ZGS-35/0.8 Windkraftkombinationsstation hebt die 0,6–0,69 kV Turbinenleistung auf 35 kV für das Sammelnetz an. Sie integriert den Transformator, einen Hochspannungs-Lasttrennschalter und Sicherungen in einem geschlossenen Gehäuse, wobei die Transformatorisolierflüssigkeit Isolierung und Kühlung bietet. Kapazität, Spannungsverhältnis, Schutzanordnung und Gehäuse sind auf das einlinige Diagramm jedes Projekts abgestimmt und in den Angebotszeichnungen bestätigt.
Für die Sammelstation und das breitere Netz liefert Subian auch die ZN85-40.5 Innenraum-Vakuum-Leistungsschalter für 40,5 kV Schaltanlagen, ölgetauchte Leistungstransformatoren und Lösungen für 33 kV Umspannwerke. Das gesamte Sortiment an erneuerbaren Hochspannungsausrüstungen ist unter Neuer Energieboxwechsel.
Für einen umfassenderen Überblick über die Transformatorentätigkeit in erneuerbaren Anlagen siehe Subians Artikel über die Rolle von Transformatoren in neuen Energiesystemen und die Anpassungsfähigkeit von Transformatoren im Bereich neuer Energien.
Häufig gestellte Fragen
Was ist eine Windturbinen-Umspannstation?
Die Ausrüstung, die eine Windturbine mit dem elektrischen Netz verbindet, besteht aus den Transformatoren und Schaltgeräteeinheiten. In den meisten Projekten umfasst dies in der Regel Hochspannungstransformatoren an jeder Turbine und eine Sammelstation insgesamt.
Wie funktioniert ein Windturbinenkraftwerk?
Jede Turbine nutzt die Windenergie und wandelt sie in Rotation und folglich in Elektrizität um. Der Transformator an jeder Turbine erhöht die Spannung, Kabel helfen, die Energie von verschiedenen Turbinen zu sammeln, und an der endgültigen Umspannstation wird die Spannung erneut erhöht, bevor sie in das Übertragungsnetz eingespeist wird.
Ist der Strom aus Windturbinen AC oder DC?
Der Strom aus großen Turbinen ist Wechselstrom (AC). Mehrere moderne Turbinen in Anlagen sind in der Lage, die Leistung ihrer Generatoren in Gleichstrom (DC) umzuwandeln und dann die Spannung bei Netzfrequenz in Wechselstrom (AC) umzuwandeln. Allerdings wird die Energie schließlich an den Turbinenterminals gesammelt, aber der Hochspannungstransformator arbeitet mit Wechselstrom.
Reicht eine Windturbine aus, um ein Haus zu versorgen?
Eine Turbine im Versorgungsmaßstab produziert weit mehr, als ein Haus benötigt. Laut dem Marktbericht über landgestützte Windenergie: Ausgabe 2024, lag die durchschnittliche Leistung neu installierter US-Turbinen im Jahr 2023 bei 3,4 MW, was laut dem DOE ausreicht, um über 1.000 US-Haushalte zu versorgen. Ein einzelnes Haus würde nur eine kleine verteilte Turbine verwenden, die auf den Verbrauch des Haushalts und die lokale Windressource abgestimmt ist.
Warum sind Landwirte gegen Windturbinen?
Die Meinungen gehen auseinander. Bedenken, die von einigen Grundstückseigentümern und Nachbarn geäußert werden, umfassen Straßen und Turbinengrundstücke, die Felder überqueren, Auswirkungen auf die Bewegungen von Geräten auf dem Bauernhof, Lärm und visuelle Auswirkungen. Viele Landwirte beherbergen Turbinen freiwillig: Universität von Missouri Erweiterung weist darauf hin, dass die Ernte in der Regel um Turbinen herum fortgesetzt werden kann und dass die Pachtzahlungen oft die Barvermietungsraten für landwirtschaftliche Flächen weit übersteigen.
Benötigt jede Windturbine einen Transformator?
Jede Turbine im Versorgungsmaßstab, die an ein Mittelspannungs-Sammelnetz angeschlossen ist, benötigt einen Hochspannungstransformator, der sich in der Nabe, im Turmfuß oder auf einer Plattform neben dem Turm befindet.
Warum verwenden Windparks 33 kV oder 34,5 kV Sammelsysteme?
Mittelspannung reduziert den Strom um den Faktor 50 im Vergleich zu 690 V, was Kabel, Verluste und Spannungsabfall handhabbar hält. Das genaue Niveau folgt regionalen Praktiken: 33 kV in vielen IEC-Märkten, 34,5 kV in Nordamerika und 35 kV in China.
Welche IEC-Normen gelten für Windkraft-Umspannwerke?
Turbinen-Hochspannungstransformatoren fallen unter IEC/IEEE 60076-16, vorgefertigte Umspannwerke bis 52 kV unter IEC 62271-202, die IEC 60076-Serie ist verantwortlich für Leistungstransformatoren und die Leitfähigkeit von Windturbinen und -anlagen ist in IEC 61400-21 – 1 und 61400 -21 -2 zu finden.
Referenzen
- U.S. Department of Energy: Erkunden Sie eine Windturbine (Textversion)
- U.S. Department of Energy: Marktbericht für landgestützte Windenergie, 2024 Edition
- NREL: Äquivalenzierung des Sammelsystems eines großen Windkraftwerks
- IEC/IEEE 60076-16:2018 Leistungstransformatoren, Teil 16: Transformatoren für Windturbinenanwendungen
- IEC 62271-202:2022 AC vorgefertigte Umspannwerke über 1 kV und bis zu 52 kV
- IEC 61400-21-1:2019 Elektrische Eigenschaften von Windturbinen
- IEC 61400-21-2:2023 Elektrische Eigenschaften von Windkraftanlagen
- Universität von Missouri Erweiterung: Windenergievereinbarungen für Grundstückseigentümer
Fazit
Ein Gerät, das allgemein als Windkraftanlagen-Umspannstation bekannt ist, kann als eine duale Phase Einrichtung definiert werden, die aus Hochspannungseinrichtungen für jede Windkraftanlage besteht. Die Umspannstation besteht aus zwei Komponenten; die erste Stufe ist verantwortlich für die Umwandlung des Spannungsniveaus von ungefähr 0,69 kV auf das Niveau von entweder 33 kV, 34,5 kV oder 35 kV und die zweite Komponente ist verantwortlich für die Einspeisung der gesammelten erzeugten Energie auf Übertragungsniveau. Wenn beide Komponenten als eine betrachtet werden, wird die Gerätespezifikation falsch sein. Die Anforderung, dass ‘33 kV, 34,5 kV und 35 kV austauschbar sind’, ist ebenfalls falsch. Bestimmen Sie das benötigte Spannungsniveau, die verwendete Frequenz und die Scheinleistung, richten Sie die Schutzvorrichtungen ein und spezifizieren Sie die Testergebnisse gemäß der RFQ.
Zusammenfassung der wichtigsten Fakten:
– Ein eigener Transformator ist für jede Turbine erforderlich, da eine Sammelstation für den gesamten Windpark verantwortlich ist;
– Der Strom verringert sich ungefähr 51-mal, wenn er von 690 V auf 35 kV transformiert wird;
– Geben Sie die Spannung als 33 kV, 34,5 kV oder 35 kV in der RFQ an, ohne Konkurrenz mit anderen Typen;
– Die Fehlerdurchfahrt wird durch Umrichter und Steuerungen garantiert und wird nicht nur durch den Transformator dargestellt;
– Stellen Sie sicher, dass die Typprüfungen mit den Entwurfsangeboten übereinstimmen, während auch Routineprüfungen für jede Einheit erforderlich sind.
Wenn Sie ein Windprojekt planen und Hochspannungseinrichtungen auf Turbinebene benötigen, kontaktieren Sie Subian Electric mit Ihren Turbinen-Daten, Sammelspannung und einlinigem Diagramm. Unser Ingenieurteam wird die Konfiguration bestätigen und Zeichnungen sowie ein Angebot für die ZGS-35/0.8 Windkraftkombinationsstation.