이것은 풍력 발전소 개발자와 유틸리티 엔지니어로부터 다른 어떤 것보다 자주 듣는 질문입니다. 모두가 터빈과 인버터에 초점을 맞추지만 변압기는 발전과 전력망 사이의 경계면에 바로 위치합니다. 수동적인 플레이어가 아닙니다. 그것은 그리드가 보는 것을 형성합니다.
이것이 전력 품질에 실제로 무엇을 의미하는지 이야기해 봅시다.
풍력 변압기 이해 - 실제로 수행되는 작업
첫째, 이러한 변압기가 무엇인지 아닌지에 대한 간단한 현실 확인입니다. 풍력 변압기는 터빈 출력의 전압(일반적으로 690V 또는 몇 kV)을 수집 시스템 전압(종종 34.5kV 이상)으로 승압합니다. 그것이 주요 임무입니다. 하지만 그렇게 함으로써 중요한 방식으로 전력 품질과 상호 작용합니다.
변압기는 전력 품질 문제를 일으키지 않습니다. 그러나 설계 및 적용 방식에 따라 문제를 악화시키거나 완화하는 데 도움이 될 수 있습니다.
긍정적인 기여 - 좋은 변압기가 하는 일
전압 변환 및 시스템 인터페이스
이는 기본 기능이며 명확하게 언급할 가치가 있습니다. 변압기를 사용하면 풍력 발전소를 그리드에 연결할 수 있습니다. 그렇지 않으면 전압 불일치로 인해 통합이 불가능해집니다. 적절하게 지정된 변압기는 터빈 출력을 수집 시스템에 일치시키고 수집 시스템을 상호 연결 지점에 일치시킵니다.
그러나 능동 의미의 "전압 조정"은 변압기 자체적으로 아무것도 조정하지 않습니다. 회전율에 따라 변형됩니다. 실제 조정은 탭 절환기, 전압 제어 체계 및 인버터의 무효 전력 기능에서 비롯됩니다. 변환기의 역할은 해당 시스템이 작동하는 데 적합한 인터페이스를 제공하는 것입니다.
갈바닉 절연을 깨는 문제가 있는 경로
이는 변압기의 가장 귀중한 기여 중 하나입니다. 권선은 터빈 측과 그리드 측 사이에 갈바닉 절연을 제공합니다. 이는 인버터의 DC 오프셋(항상 존재함)이 그리드에 주입되지 않음을 의미합니다. 공통 모드 전압은 네트워크를 통해 전파되지 않고 변압기의 접지된 중성선을 통해 복귀 경로를 찾습니다.
또한 절연은 0시퀀스 전류 경로를 차단합니다. 델타-와이 변압기에서 델타 권선은 그리드 측의 제로 시퀀스 전류를 트랩하여 해당 전류가 터빈 장비를 통해 순환하는 것을 방지합니다. 이는 진정한 전력 품질상의 이점입니다.
임피던스-양날의 검
모든 변압기에는 전류 흐름에 본질적으로 반대되는 임피던스가 있습니다. 그 임피던스는 결함 전류를 제한하는데 이는 좋은 일입니다. 그러나 부하가 걸리면 전압 강하도 발생합니다. 풍력 발전소가 전력을 내보내면 해당 임피던스로 인해 상호 연결 지점에서 전압이 상승합니다. 플랜트가 무효 전력을 수입하면 전압 강하가 발생합니다.
이것은 본질적으로 좋거나 나쁘지 않습니다. 이는 시스템 연구에서 반드시 고려해야 할 특성입니다. 임피던스가 너무 낮은 변압기는 과도한 오류 전류를 전달할 수 있습니다. 임피던스가 너무 높으면 전압 제어가 어려워질 수 있습니다. 이를 올바르게 수행하려면 변압기를 특정 애플리케이션에 맞춰야 합니다.
과제-상황이 복잡해지는 곳
고조파 - 인버터의 기여
현대 풍력 터빈은 전력 전자 변환기를 사용합니다. 이러한 변환기는 기본 주파수의 배수인 주파수에서 고조파 전류를 생성합니다. 정확한 스펙트럼은 컨버터 토폴로지와 스위칭 전략에 따라 달라집니다.
변압기는 이러한 고조파를 생성하지 않지만 중요한 방식으로 고조파와 상호 작용합니다. 예를 들어, 델타 권선은 삼중 고조파(3차, 9차, 15차)가 순환할 수 있는 경로를 제공하며, 이는 이러한 고조파를 그리드에서 보호하므로 유익할 수 있습니다. 그러나 이러한 순환 전류는 여전히 변압기에서 손실과 가열을 유발합니다.
더욱 중요한 점은 변압기의 인덕턴스가 케이블 정전용량 및 역률 보정 커패시터를 포함한 시스템 정전용량과 결합하여 공진 조건을 생성한다는 것입니다. 고조파 주파수가 공진 주파수와 일치하면 증폭이 발생합니다. 해당 고조파의 전압과 전류는 소스가 제안하는 것보다 훨씬 커질 수 있습니다.
완화는 설계 중에 이러한 상호 작용을 이해하는 것부터 시작됩니다. 변압기 임피던스, 권선 구성 및 통합 필터링은 예상되는 고조파 스펙트럼을 염두에 두고 선택해야 합니다. 어떤 경우에는 외부 고조파 필터가 필요합니다. 다른 경우에는 잘 선택된 트랜스포머 임피던스가 공진 주파수를 문제가 있는 고조파로부터 멀리 이동할 수 있습니다.
돌입 전류 - 통전 이벤트
변압기에 전원을 공급할 때마다 몇 사이클 동안 최대 부하 전류의 8~12배에 도달할 수 있는 자화 돌입 전류가 발생합니다. 대형 풍력발전소 변압기에서는 이는 중요한 사건입니다. 이로 인해 동일한 버스에 연결된 다른 장비에 영향을 줄 수 있는 전압 강하가 발생합니다.
심각도는 차단기가 닫힐 때 전압파의 지점, 코어의 잔류 자속 및 변압기 설계에 따라 다릅니다. 코어 강철이 개선된 최신 변압기는 실제로 돌입 가능성이 더 높습니다. 더 나은 자기 특성은 코어의 공극이 적다는 것을 의미하기 때문입니다.
제어된 스위칭(파도의 최적 지점에서 차단기를 닫는 것)은 완화 방법 중 하나입니다. 또 다른 방법은 단순히 돌입이 발생한다는 사실을 받아들이고 보호 조정을 통해 방해가 되는 여행 없이 이를 허용하도록 하는 것입니다. 우리는 시스템 연구에서 이를 설명할 수 있도록 모든 변압기에 대한 자세한 돌입 데이터를 제공합니다.
Flicker-The Wind의 기여
바람은 가변적이다. 이러한 변동성으로 인해 터빈의 출력 전력이 변동되고, 이로 인해 연결 지점에서 전압 변동이 발생합니다. 이러한 변동이 특정 주파수에 있는 경우 깜박임(조명 강도의 인지 가능한 변화)이 발생합니다.
변압기는 깜박임을 유발하지 않지만 임피던스는 주어진 전력 변동이 전압 변동으로 변환되는 정도를 결정합니다. 임피던스가 낮다는 것은 동일한 전력 변동에 대해 전압 변화가 더 작다는 것을 의미합니다. 이것이 풍력 응용 분야에 저임피던스 변압기가 지정되는 이유 중 하나입니다.
그러나 절충안이 있습니다. 임피던스가 낮을수록 오류 전류가 높아지고 잠재적으로 보호 조정이 더 까다로워집니다. 올바른 선택은 다른 시스템 요구 사항과 깜박임 성능의 균형을 유지합니다.
변압기 선택에서 실제로 중요한 것은 무엇입니까?
누군가 풍력 프로젝트에 적합한 변압기를 선택하는 방법을 묻는다면, 나는 기본 정격 이상의 것을 살펴보라고 말합니다.
임피던스. 이는 전압 조절, 오류 수준 및 깜박임 기여에 영향을 미칩니다. 특정 애플리케이션에 적합해야 합니다.
권선 구성. Delta-wye가 일반적이지만 선택은 고조파 동작과 접지에 영향을 미칩니다. 2차(계통 측) 권선 연결은 플랜트가 시스템 접지와 상호 작용하는 방식을 결정합니다.
핵심 디자인. 손실이 낮은 코어는 효율적이지만 돌입 특성에 영향을 미칠 수 있습니다. 절충안이 중요합니다.
부속품. 계량 및 보호용 부싱 CT. 서지 어레스터는 변압기에 통합되어 있거나 별도로 제공됩니다. 공장에서 필요한 경우 모니터링 조항.
테스트. 일상적인 테스트뿐만 아니라 온도 상승, 소음 수준, 단락 내성 등 애플리케이션이 요구하는 경우 특별 테스트를 수행합니다.
우리가 현장에서 보는 것
저는 수년간 풍력 프로젝트에 변압기를 공급하면서 이 산업이 발전하는 것을 지켜보았습니다. 초기에는 더 간단했습니다. 표준 배전 변압기를 패드 장착 인클로저에 넣고 하루라고 부르면 됩니다. 더 이상 작동하지 않습니다.
현대 풍력발전소는 변압기를 더 세게 밀어붙입니다. 더 높은 전류, 더 많은 고조파 함량, 더 엄격한 그리드 코드 요구 사항. 어려움을 겪는 트랜스포머는 이러한 현실을 염두에 두지 않고 설계된 트랜스포머입니다.
수행하는 것들은 고조파, 특정 수집 시스템에 대해 선택된 임피던스 및 필연적으로 발생하는 과도 현상을 견딜 수 있는 충분한 마진을 처리하는 권선 구성을 사용하여 설계되었습니다.
결론
풍력 변압기는 단순한 승압 장치가 아닙니다. 이는 가변 전력 전자 소스와 그리드 사이의 인터페이스입니다. 이는 전압을 형성하고, 고조파를 필터링하고, 결함 전류를 제한하고, 플랜트가 네트워크와 상호 작용하는 방식에 영향을 줍니다.
제대로 작동하면 눈에 띄지 않고 모든 작업을 수행할 수 있습니다. 잘못하면 발전소가 전력망 규정 의무를 이행하지 못하거나 반복적으로 정전을 겪는 이유가 됩니다.
풍력 프로젝트를 진행 중이고 변압기 선택(임피던스 선택, 권선 구성, 테스트 요구 사항)에 대해 이야기하고 싶다면 기꺼이 대화를 나누겠습니다. 세부 사항은 카탈로그에 표시된 것보다 더 중요합니다.
참고자료
- IEC 60076-6, 전력 변압기 – 제6부: 리액터.
- IEEE Std C57.159, 풍력 발전소의 변압기 적용을 위한 IEEE 가이드.
- CIGRE 기술 브로셔 770, 전력 전자 변환기와 변압기 상호 작용.
