Схемы электрических соединений ветроэлектростанций

Ветровая электростанция (ВЭС) предназначена для выработки электрической энергии с заданными соответствующими стандартами параметрами качества электроэнергии с помощью ветровых электрических установок (ВЭУ) для электросети общего назначения (энергосистемы). Система преобразования и передачи электроэнергии ВЭС должна обеспечивать преобразование и выдачу электроэнергии, вырабатываемой ВЭС, в электросеть общего назначения, а также обеспечивать электроэнергией собственных потребителей при питании от электросети общего назначения.

Структура, свойства и комплектующие схемы электрических соединений ВЭС определяются множеством факторов: единичной мощностью установок, их количеством, расстановкой на местности, типом генераторов электроэнергии, применяемых и наличием статических преобразователей. Фактически ВЭС представляет собой локальную распределительную электрическую сеть с возвратно направленным потоком энергии. В зависимости от вышеперечисленных параметров соединительная сеть ВЭС может быть выполнена с магистральным, радиальным или смешанному принципу.

В состав ветроэлектростанции в общем случае полные входить: трансформаторная подстанция, распределительное устройство, средства управления и контроля, линии электропередачи, компенсирующие устройства, и комплект электрооборудования для электроснабжения пункта управления.

Особенности ВЭС по сравнению с традиционными электростанциями (тепловыми - ТЭС, атомными - АЭС, мощными гидроэлектростанциями - ГЭС) заключаются в следующем:

- Сравнительно мала (по сравнению с традиционными в десятки раз) установленная электрическая мощность как ВЭС, так и каждого ВЭУ;

- Большое количество ВЭУ, расположенных достаточно далеко друг от друга (для исключения взаимного аэродинамического воздействия), на больших территориях, под открытым небом;

- Расположение основного электромеханического оборудования ВЭУ на высоте, на опоре (башне)

- Разброс деталей на значительные расстояния при аварийном разрушении ветротурбины (лопастей) ВЭУ;

- Случайный характер первичного потока энергии (ветра) и сложность устойчивого прогнозирования и обеспечения производства электроэнергии;

- Зависимость работы ВЭС от значения и колебаний скорости ветра, требует принятия специальных решений по вопросам организации эксплуатации оборудования;

- Резкое изменение вырабатываемой мощности ВЭУ при резком колебании скорости ветра, приводит к срабатыванию релейной защиты на участках энергосистемы.

При разработке схем электрических соединений ВЭС, называют в зарубежной литературе "ветропарками" или "ветрофермы", прежде всего вопрос о целесообразности соединения ВЭУ в группы. Известно, что в электроэнергетике широко используется так называемый блочный (модульный) принцип построения главных схем электростанций, когда три или несколько генераторов соединяются с трансформатором и образуют энергоблок.

С этой точки зрения возможная мощность будущих ВЭС: 10 ... 100 ... 200 МВт, находится в зоне соответствия указанного выше принципа и ВЭС может быть представлена ​​одним энергоблоком. Отсюда следует принцип для проектирования схемы ВЭС: выдача мощности в энергосистему (общую сеть) может быть осуществлена ​​для указанных выше мощностей ВЭС, через один сетевой трансформатор и через одну линию связи с системой. Так, если напряжение распределительной сети энергосистемы вблизи ВЭС составляет 110 кВ, то сетевой трансформатор ВЭС должен иметь напряжение 110/10 кВ или 110/6 кВ, в зависимости от напряжения повышающих трансформаторов, установленных непосредственно на ВЭУ.

Современные ВЭС комплектуются, как правило, ветроустановками единичной мощности 750-1000-1500-2000 кВт и более. Из этого следует, что каждый ВЭС - это десяток или несколько десятков электрически связанных ветроустановок, удаленных друг от друга на 300 ... 500 метров. Исходя из розы ветров в диапазоне рабочих скоростей ветра (от скорости ветра включения в скорости отключения) при определении места размещения ВЭУ на площадке ВЭС рекомендуется при явно выраженном преимущественном направлении ветра располагать ВЭУ рядами перпендикулярно преобладающему направлению ветра, расстояния между ВЭУ в рядах принимать не менее трех диаметров ротора ВЭУ, расстояния между рядами ВЭУ принимать не менее восьми диаметров ротора ВЭУ (рис. 7.13).

В случае (случае) расположение ВЭС в степной зоне, где роза ветров более равномерная, может быть применена радиальная схема с главной повышающей подстанцией в геометрическом центре парка (при этом соединение с прилегающей электрической сети обычно выполняется комбинированной кабельно-воздушной линии электропередачи, поскольку на территории ВЭС воздушные ЛЭП, как правило, не применяются).

Оптимальная расстановка ветроэнергетических установок на ВЭС (d - диаметр области, определяет лопастями ротора ветротурбин)

Рисунок 7.13 - оптимальная расстановка ветроэнергетических установок на ВЭС (d - диаметр области, определяет лопастями ротора ветротурбин)

При равномерной розе ветров дистанции между отдельными установками во всех направлениях должны быть одинаковыми. их величина должна составлять не менее 6 ... 9, а по некоторым источникам - 20 диаметров ветротурбин (рис. 7.ИЗ). Данное требование вызвано тем, что при рабочих скоростях ветра для современных ВЭУ (чаще всего от 10 до 25 м / с) турбулентный след от ветроколеса простирается по направлению ветра именно на такое расстояние а попадание ветроколеса в турбулентный воздушный поток резко снижает аэродинамическое КПД ветроэнергетической установки.

В зависимости от единичной мощности и взаимного территориального расположения ВЭУ соединяются в группы, а количество групп в свою очередь определяется единичной мощностью ВЭУ и общей мощностью ВЭС. При этом существенное влияние на формирование групп ВЭУ делает взаимное расположение места подключения ВЭС к энергосистеме (подстанции 110/0 кВ). На рис. 7.14 показаны варианты принципиальных схем электрических соединений при различном взаимном расположении площади ВЭС и подстанции связи с энергосистемой для случая мощности ВЭС 10 МВт, укомплектованной ВЭУ единой мощности 1 МВт и расположение подстанции по центру или сбоку (вне) площадки ВЭС. Из схемы рис. 7.14 , а видно, что у каждого следующего кабеля от ВЭУ № 2 (7) и Ns 4 (9) сечение удваивается и от ВЭУ № 3 и № 8 сечение кабеля к трансформаторной подстанции рассчитывается на максимальную мощность 5 МВт. В варианте схемы представленной на рис. 7.14, б,

Варианты принципиальных схем электрических соединений ВЭС: а - расположение подстанции в центре площадке ВЭС;  б - расположение подстанции лоза площадкой ВЭС

Рисунок 7.14 - Варианты принципиальных схем электрических соединений ВЭС: а - расположение подстанции в центре площадке ВЭС; б - расположение подстанции лоза площадкой ВЭС

выходные кабели рассчитываются также на мощность 5 МВт. Однако в этом варианте сечение кабелей, соединяющий ВЭУ в группы, нарастают в соответствии с передаваемой мощности и на участке от ВЭУ № 4 (9) до № 5 (10) должен быть рассчитан на 4 МВт.

Если ВЭУ, входящих в состав ВЭС имеют непостоянную частоту вращения ветродвигателей и оснащены асинхронными генераторами с короткозамкнутым ротором или синхронными генераторами (с электромагнитным или магнитоэлектрическим возбуждением) непостоянной частоты вращения, передача всей электрической мощности в сеть осуществляется с помощью статических преобразователей частоты (рис. 7.15 ).

Радиальная схема соединений ВЭС на базе ВЭУ с асинхронными и синхронными генераторами неустойчивой частоты вращения и полным превращением энергии, вырабатываемой

Рисунок 7.15 - радиальная схема соединений ВЭС на базе ВЭУ с асинхронными и синхронными генераторами неустойчивой частоты вращения и полным превращением энергии, вырабатываемой

Однако далеко не всегда ветроустановки работают в составе мощных ветростанций. В течение достаточно длительного времени ветроустановки в Европе строились и продолжают строиться для индивидуального и коллективного (муниципального) энергоснабжения.

Обобщенная схема такого рода представлена ​​на рис. 7.16. Электроснабжение населенного пункта НП-1 организовано непосредственно через ВЭУ 1 ... 3 и частично 5. ..8, которые поставляют также населенный пункт НП-2. Ветроустановка 9 принадлежит одному домовладельцу, а установка 4 - двум домовладельцам. Все указанные ВЭУ работают параллельно с энергосистемой. Проводится соответствующий учет выдачи энергии в сеть 10 кВ и потребления из сети. В большинстве стран Европы, в том числе и на Украине, владельцы ветроустановок продают электроэнергию по завышенным тарифам.

Схема электроснабжения населенного пункта с участием индивидуальных ВЭУ и энергосистемы

Рисунок 7.16 - Схема электроснабжения населенного пункта с участием индивидуальных ВЭУ и энергосистемы

Одной из основных тенденций развития мировой ветроэнергетики является строительство крупных оффшорных ветропарков на континентальных шельфах. Количество ВЭУ в таких ВЭС колеблется от 8-10 до 80 единиц, при этом установки выстраивают у побережья в 2-4 ряда и соединяются между собой и с главной повышающей подстанцией подводными кабелями.

Следует отметить, что применение ВЭУ на базе различных по принципу действия и конструкции электрических генераторов наблюдается в основном при модернизации или расширении действующих ВЭС. Во вновь ВЭС по эксплуатационным соображениям используются ВЭУ одинаковой конструкции и одного типоразмера.

 
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   След >