Схеми електричних з'єднань вітроелектростанцій

Размещено на http://www.allbest.ru/

Схеми електричних з'єднань вітроелектростанцій

Вітрова електрична станція (ВЕС) призначена для вироблення електричної енергії із заданими відповідними стандартами параметрами якості електроенергії за допомогою вітрових електричних установок (ВЕУ) для електромережі загального призначення (енергосистеми). Система перетворення і передачі електроенергії ВЕС повинна забезпечувати перетворення і видачу електроенергії, що виробляється ВЕС, в електромережу загального призначення, а також забезпечувати електроенергією власних споживачів при живленні від електромережі загального призначення.

Структура, характеристики та комплектуючі схеми електричних з'єднань ВЕС визначаються безліччю факторів: одиничною потужністю установок, їх кількістю, розстановкою на місцевості, типом генераторів електроенергії, що застосовуються і наявністю статичних перетворювачів. Фактично ВЕС являє собою локальну розподільну електричну мережу із зворотно спрямованим потоком енергії. У залежності від перерахованих вище параметрів сполучна мережа ВЕС може бути виконана за магістральним, радіальним або змішаним принципом.

До складу вітроелектростанції в загальному випадку повніші входити: трансформаторна підстанція, розподільний пристрій, засоби управління і контролю, лінії електропередачі, компенсуючі пристрої, і комплект електрообладнання для електропостачання пункту управління.

Особливості ВЕС в порівнянні з традиційними електростанціями (тепловими - ТЕС, атомними - АЕС, потужними гідроелектростанціями - ГЕС) полягають у наступному:

- порівняно мала (у порівнянні з традиційними в десятки разів) встановлена електрична потужність як ВЕС, так і кожної ВЕУ;

- велика кількість ВЕУ, розміщених досить далеко одна від одної (для виключення взаємного аеродинамічного впливу), на великих територіях, під відкритим небом;

- розташування основного електромеханічного устаткування ВЕУ на висоті, на опорі (башті);

- розкид деталей на значні відстані при аварійному руйнуванні вітротурбіни (лопатей) ВЕУ;

- випадковий характер первинного потоку енергії (вітру) і складність сталого прогнозування та забезпечення виробництва електроенергії;

- залежність роботи ВЕС від значення і коливань швидкості вітру, що вимагає прийняття спеціальних рішень у питаннях організації експлуатації обладнання;

- різка зміна вироблюваної потужності ВЕУ при різкому коливанні швидкості вітру, що приводить до спрацьовування релейного захисту на ділянках енергосистеми.

При розробці схем електричних з'єднань ВЕС, які називають в зарубіжній літературі "вітропарками" або "вітроферми", насамперед є питання про доцільність з'єднання ВЕУ в групи. Відомо, що в електроенергетиці широко використовується так званий блочний (модульний) принцип побудови головних схем електростанцій, коли три або декілька генераторів з'єднуються з трансформатором і утворюють енергоблок.

З цієї точки зору можлива потужність майбутніх ВЕС: 10...100...200 МВт, знаходиться в зоні відповідності зазначеного вище принципу і ВЕС може бути представлена одним енергоблоком. Звідси випливає принцип для проектування схеми ВЕС: видача потужності в енергосистему (загальну мережу) може бути здійснена для зазначених вище потужностей ВЕС, через один мережевий трансформатор і через одну лінію зв'язку з системою. Так, якщо напруга розподільної мережі енергосистеми поблизу ВЕС становить 110 кВ, то мережевий трансформатор ВЕС повинен мати напругу 110/10 кВ, або 110/6 кВ, в залежності від напруги підвищувальних трансформаторів, встановлених безпосередньо на ВЕУ.

Сучасні ВЕС комплектуються, як правило, вітроустановками одиничної потужності 750-1000-1500-2000 кВт і більше. З цього випливає, що кожна ВЕС - це десяток, або кілька десятків електрично пов'язаних вітроустановок, віддалених одна від одної на 300...500 метрів. Виходячи з рози вітрів в діапазоні робочих швидкостей вітру (від швидкості вітру включення до швидкості відключення) при визначенні місця розміщення ВЕУ на майданчику ВЕС рекомендується при явно вираженому переважному напрямі вітру розташовувати ВЕУ рядами перпендикулярно переважному напрямку вітру, відстані між ВЕУ в рядах приймати не менше трьох діаметрів ротора ВЕУ, відстані між рядами ВЕУ приймати не менше восьми діаметрів ротора ВЕУ (рис.).

У разі (випадку) розташування ВЕС у степовій зоні, де роза вітрів більш рівномірна, може бути застосована радіальна схема з головною підвищувальною підстанцією в геометричному центрі парку (при цьому з'єднання з прилеглою електричною мережею зазвичай виконується комбінованою кабельно-повітряною лінією електропередачі, оскільки на території ВЕС повітряні ЛЕП, як правило, не застосовуються).

Оптимальна розстановка вітроенергетичних установок на ВЕС (d - діаметр області, що окреслює лопатями ротора вітротурбини)

При рівномірній розі вітрів дистанції між окремими установками у всіх напрямках повинні бути однаковими. їх величина повинна складати не менше 6...9, а за деякими джерелами - 20 діаметрів вітротурбін (рис.). Дана вимога викликана тим, що при робочих швидкостях вітру для сучасних ВЕУ (найчастіше від 10 до 25 м/с) турбулентний слід від вітроколеса простягається по напрямку вітру саме на таку відстань а попадання вітроколеса в турбулентний повітряний потік різко знижує аеродинамічний ККД вітроенергетичної установки.

Залежно від одиничної потужності і взаємного територіального розташування ВЕУ з'єднуються в групи, а кількість груп в свою чергу визначається одиничною потужністю ВЕУ і загальною потужністю ВЕС. При цьому істотний вплив на формування груп ВЕУ робить взаємне розташування місця підключення ВЕС до енергосистеми (підстанції 110/ 0 кВ). На рис. показані варіанти принципових схем електричних з'єднань при різному взаємному розташуванні площі ВЕС та підстанції зв'язку з енергосистемою для випадку потужності ВЕС 10 МВт, укомплектованої ВЕУ єдиної потужності 1 МВт і розташування підстанції по центру або збоку (поза) площадки ВЕС.

Варіанти принципових схем електричних з'єднань ВЕС: а - розташування підстанції у центрі майданчику ВЕС; б - розташування підстанції лоза майданчиком ВЕС

Зі схеми рис., а видно, що у кожного наступного кабелю від ВЕУ № 2 (7) та Ns 4 (9) перетин подвоюється і від ВЕУ № 3 та № 8 перетин кабелю до трансформаторної підстанції розраховується на максимальну потужність 5 МВт. У варіанті схеми представленої на рис. б, вихідні кабелі розраховуються також на потужність 5 МВт. Проте в цьому варіанті перетин кабелів, що з'єднує ВЕУ в групи, наростають відповідно до потужності, що передається і на ділянці від ВЕУ № 4 (9) до № 5 (10) повинен бути розрахований на 4 МВт. вітроенергетичний електричний радіальний

Якщо ВЕУ, що входять до складу ВЕС мають непостійну частоту обертання вітродвигунів і оснащені асинхронними генераторами з короткозамкненим ротором або синхронними генераторами (з електромагнітним або магнітоелектричним збудженням) непостійної частоти обертання, передача всієї електричної потужності в мережу здійснюється за допомогою статичних перетворювачів частоти (рис.).

Радіальна схема з'єднань ВЕС на базі ВЕУ з асинхронними і синхронними генераторами несталої частоти обертання і повним перетворенням енергії, що виробляється

Однак далеко не завжди вітроустановки працюють у складі потужних вітростанцій. Протягом достатньо тривалого часу вітроустановки у Європі будувались і продовжують будуватися для індивідуального і колективного (муніципального) енергопостачання.

Узагальнена схема такого роду представлена на рис.. Електропостачання населеного пункту НП-1 організовано безпосередньо через ВЕУ 1...3 і частково 5. ..8, які постачають також населений пункт НП-2. Вітроустановка 9 належить одному домовласнику, а установка 4 - двум домовласникам. Усі указані ВЕУ працюють паралельно з енергосистемою. Проводиться відповідний облік видачі енергії в мережу 10 кВ і споживання з мережі. В більшості країн Європи, у тому числі і на Україні, власники вітроустановок продають електроенергію за завищеними тарифами.

Схема електропостачання населеного пункту з участю індивідуальних ВЕУ та енергосистеми

Однією з основних тенденцій розвитку світової вітроенергетики є будівництво великих офшорних вітропарків на континентальних шельфах. Кількість ВЕУ в таких ВЕС коливається від 8-10 до 80 одиниць, при цьому установки вибудовують поблизу узбережжя у 2-4 ряди і з'єднуються між собою та з головною підвищувальною підстанцією підводними кабелями.

Слід відмітити, що застосування ВЕУ на базі різних за принципом дії та конструкції електричних генераторів спостерігається в основному при модернізації або розширенні діючих ВЕС. У новостворених ВЕС з експлуатаційних міркувань використовуються ВЕУ однакової конструкції та одного типорозміру.

Размещено на Allbest.ru