Dynamic Thermal Rating for Improved Utilization of Wind Farm Export Systems
A Methodology for Improving Load Profile Estimation of Wind Farm Export Transformers
Tid: Må 2023-05-08 kl 16.00
Plats: Sten Velander, Teknikringen 33, Stockholm
Språk: Engelska
Ämnesområde: Elektro- och systemteknik
Licentiand: Zhongtian Li , Elektroteknik
Granskare: Assistant Professor Nguyen Nga, University of Wyoming, Laramie, WY, USA
Huvudhandledare: Associate professor Patrik Hilber, Elektroteknisk teori och konstruktion; Tor Laneryd, Elektroteknik; Professor Stefan Ivanell, Uppsala University
QC 20230414
Abstract
Kraftsystemkomponenter som är anslutna till förnybara energikällor, såsom transformatorer, är ofta överdimensionerade och konservativt belastade. Konstruktionen av transformatorer ignorerar normalt sett den intermittenta naturen hos anslutna förnybara energikällor (t.ex. sol och vind). På grund av variationer i väderförhållanden och drifttillstånd, oscillerar transformatorbelastningen och den faktiska hotspottemperaturen är betydligt lägre än den designade termiska bedömningen.
För vindkraftsparker orsakar den överdimensionerade transformatorn extra resursmaterialavfall och högre vindkraftspriser. Dynamisk termisk bedömning kan tillämpas för att bestämma transformatorernas betyg baserat på realtidsmiljöförhållanden (t.ex. omgivande temperatur, vindhastighet). Men för att optimera driften av transformatorer med dynamisk termisk bedömning är förutsägelsen av transformatorernas belastningsprofil ett hinder.
Belastningen på transformatorer för export av vindkraftsparkeroscillerar på grund av ändringar i belastningsförhållanden (t.ex. tillgänglighet för turbiner, effektreglering) och miljöförhållanden (t.ex. vindhastighet, vindriktning och omgivande temperatur). Denna avhandling föreslår en ny metod för att förbättra användningen av transformatorer för export av vindkraftsparker genom att uppskatta deras belastningsprofil mer noggrant och bedöma deras åldrande takt. Uppskattningen av belastningsprofilen tar hänsyn till wake-effekten och turbinernas tillgänglighet. Specifikt beaktas variationen i felfrekvensen och reparationsfrekvensen för vindturbiner, som påverkas av vinden, vid utvärderingen av turbinernas tillgänglighet. Dessutom föreslås en korrektionsmetod för att förbättra noggrannheten i beräkningen av wake-förlusten.
Resultaten visar att uppskattningen av transformatorns belastningsprofil förbättras efter att ha beaktat wake-effekten och turbinernas tillgänglighet. Wake-effekten och turbinernas tillgänglighet minskar den genererade vindkraften och minskar till viss del belastningen och åldringstakten hos transformatorer. Wake-effekten har emellertid begränsad påverkan när vindkraftsparken når maximal produktionsnivå medan turbinernas tillgänglighet påverkar belastningsprofilen hos transformatorer, särskilt när belastningen är nära installerad kapacitet för vindkraftsparken. Efter att ha beaktat dessa två faktorer kan förutsägelsens noggrannhet för hotspot-temperaturen i transformatorerna förbättras och dynamisk termisk bedömning kan tillämpas på transformatorer med förbättrad tillförlitlighet.