Ini adalah pertanyaan yang lebih sering saya dengar dari pengembang pembangkit listrik tenaga angin dan insinyur utilitas dibandingkan pertanyaan lainnya. Dan hal ini masuk akal karena semua orang berfokus pada turbin dan inverter, namun trafo berada tepat di antarmuka antara pembangkitan dan jaringan listrik. Ini bukan pemain pasif. Ini membentuk apa yang dilihat oleh grid.
Mari kita bahas apa sebenarnya dampaknya terhadap kualitas daya.
Memahami Wind Transformers-Apa yang Sebenarnya Mereka Lakukan
Pertama, pemeriksaan realitas singkat tentang apa itu transformator dan apa yang bukan. Trafo angin meningkatkan tegangan dari keluaran turbin—biasanya 690 V atau beberapa kV—ke tegangan sistem pengumpulan, seringkali 34,5 kV atau lebih tinggi. Itu tugas utamanya. Namun dalam melakukan hal tersebut, hal ini berinteraksi dengan kualitas daya dengan cara yang penting.
Trafo tidak menimbulkan masalah kualitas daya. Namun hal ini dapat memperburuk atau membantu meringankannya, tergantung bagaimana hal tersebut dirancang dan diterapkan.
Kontribusi Positif-Apa yang Dilakukan Transformer yang Baik
Transformasi Tegangan dan Antarmuka Sistem
Ini adalah fungsi dasarnya, dan perlu dinyatakan dengan jelas: trafo memungkinkan pembangkit listrik tenaga angin untuk terhubung ke jaringan listrik. Tanpanya, ketidaksesuaian tegangan akan membuat integrasi tidak mungkin dilakukan. Transformator yang ditentukan dengan benar mencocokkan keluaran turbin ke sistem pengumpulan dan sistem pengumpulan ke titik interkoneksi.
Tapi "pengaturan tegangan" dalam arti aktif-transformator tidak mengatur apapun dengan sendirinya. Ia berubah sesuai dengan rasio putarannya. Regulasi sebenarnya berasal dari tap changer, skema kontrol tegangan, dan kemampuan daya reaktif dari inverter. Peran trafo adalah menyediakan antarmuka yang tepat agar sistem tersebut dapat bekerja.
Jalur Bermasalah yang Melanggar Isolasi Galvanik
Ini adalah salah satu kontribusi trafo yang paling berharga. Gulungan menyediakan isolasi galvanik antara sisi turbin dan sisi jaringan. Itu berarti DC offset dari inverter-dan selalu ada beberapa-yang tidak disuntikkan ke jaringan. Tegangan mode umum menemukan jalur kembali melalui netral ground transformator daripada merambat melalui jaringan.
Isolasi juga memblokir jalur arus urutan nol. Pada transformator delta-wye, belitan delta memerangkap arus urutan nol dari sisi jaringan, mencegahnya bersirkulasi melalui peralatan turbin. Itu adalah manfaat kualitas daya yang nyata.
Impedansi-Pedang Bermata Dua
Setiap transformator mempunyai impedansi, yaitu perlawanan yang melekat terhadap aliran arus. Impedansi itu membatasi arus gangguan, dan itu bagus. Tapi itu juga menciptakan penurunan tegangan di bawah beban. Ketika pembangkit listrik tenaga angin mengekspor daya, impedansi tersebut menyebabkan kenaikan tegangan pada titik interkoneksi. Ketika pembangkit listrik mengimpor daya reaktif, hal ini menyebabkan penurunan tegangan.
Ini pada dasarnya tidak baik atau buruk. Ini adalah karakteristik yang harus diperhitungkan dalam studi sistem. Trafo dengan impedansi yang terlalu rendah mungkin akan melewatkan arus gangguan yang berlebihan. Impedansi yang terlalu tinggi dapat mempersulit kontrol tegangan. Melakukannya dengan benar memerlukan pencocokan trafo dengan aplikasi spesifik.
Tantangan-Dimana Segalanya Menjadi Rumit
Harmonisa-Kontribusi Inverter
Turbin angin modern menggunakan konverter elektronika daya. Konverter tersebut menghasilkan arus harmonisa pada frekuensi yang merupakan kelipatan frekuensi dasar. Spektrum yang tepat bergantung pada topologi konverter dan strategi peralihan.
Transformator tidak menciptakan harmonik ini, namun berinteraksi dengannya dengan cara yang penting. Belitan delta, misalnya, menyediakan jalur bagi harmonisa triplen (ke-3, ke-9, ke-15) untuk bersirkulasi, yang dapat bermanfaat karena menjauhkannya dari jaringan. Namun arus yang bersirkulasi tersebut masih menimbulkan rugi-rugi dan pemanasan pada trafo.
Lebih penting lagi, induktansi transformator digabungkan dengan kapasitansi sistem—termasuk kapasitansi kabel dan kapasitor koreksi faktor daya apa pun—untuk menciptakan kondisi resonansi. Jika frekuensi harmonik sejajar dengan frekuensi resonansi, maka terjadi amplifikasi. Tegangan dan arus pada harmonik tersebut bisa menjadi jauh lebih besar dari perkiraan sumbernya.
Mitigasi dimulai dengan memahami interaksi ini selama perancangan. Impedansi transformator, konfigurasi belitan, dan penyaringan terintegrasi apa pun harus dipilih dengan mempertimbangkan spektrum harmonik yang diharapkan. Dalam beberapa kasus, filter harmonik eksternal diperlukan. Di negara lain, impedansi transformator yang dipilih dengan baik dapat menggeser frekuensi resonansi menjauhi harmonisa yang bermasalah.
Arus Masuk-Acara Energisasi
Setiap kali Anda memberi energi pada transformator, ia menarik arus masuk magnetisasi yang dapat mencapai 8 hingga 12 kali arus beban penuh selama beberapa siklus. Pada trafo pembangkit listrik tenaga angin besar, itu adalah peristiwa penting. Hal ini menyebabkan penurunan tegangan yang dapat mempengaruhi peralatan lain yang terhubung ke bus yang sama.
Tingkat keparahannya tergantung pada titik gelombang tegangan ketika pemutus ditutup, fluks sisa di inti, dan desain transformator. Transformator modern dengan inti baja yang ditingkatkan sebenarnya memiliki potensi lonjakan yang lebih tinggi karena sifat magnetik yang lebih baik berarti lebih sedikit celah udara yang setara di dalam inti.
Peralihan yang terkendali—menutup pemutus pada titik optimal pada gelombang—adalah salah satu mitigasi. Cara lainnya adalah dengan menerima bahwa lonjakan arus terjadi dan memastikan koordinasi perlindungan memungkinkan hal tersebut terjadi tanpa gangguan perjalanan. Kami menyediakan data lonjakan terperinci pada setiap trafo sehingga studi sistem dapat menjelaskannya.
Kontribusi Flicker-The Wind
Angin bervariasi. Variabilitas tersebut menyebabkan daya keluaran turbin berfluktuasi sehingga menyebabkan fluktuasi tegangan pada titik sambungan. Jika fluktuasi tersebut berada pada frekuensi tertentu, maka akan menyebabkan kedipan—variasi intensitas pencahayaan yang nyata.
Trafo tidak menyebabkan kedipan, namun impedansinya menentukan seberapa besar fluktuasi daya tertentu diubah menjadi fluktuasi tegangan. Impedansi yang lebih rendah berarti perubahan tegangan yang lebih kecil untuk variasi daya yang sama. Itulah salah satu alasan mengapa transformator dengan impedansi rendah kadang-kadang ditentukan untuk aplikasi angin.
Tapi ada trade-off. Impedansi yang lebih rendah berarti arus gangguan yang lebih tinggi dan koordinasi proteksi yang berpotensi lebih menantang. Pilihan yang tepat menyeimbangkan kinerja kedipan dengan persyaratan sistem lainnya.
Apa yang Sebenarnya Penting dalam Pemilihan Transformator
Ketika seseorang bertanya kepada saya bagaimana memilih trafo untuk proyek pembangkit listrik tenaga angin, saya memberitahu mereka untuk melihat lebih dari sekedar peringkat dasar.
Impedansi. Hal ini mempengaruhi pengaturan tegangan, tingkat kesalahan, dan kontribusi kedipan. Itu harus tepat untuk aplikasi spesifik.
Konfigurasi belitan. Delta-wye adalah hal yang umum, tetapi pilihannya memengaruhi perilaku dan landasan yang harmonis. Sambungan belitan sekunder (sisi jaringan) menentukan bagaimana pembangkit berinteraksi dengan sistem grounding.
Desain inti. Inti dengan kerugian yang lebih rendah memang efisien, tetapi dapat mempengaruhi karakteristik lonjakan. Pertukaran itu penting.
Aksesoris. Bushing CT untuk pengukuran dan perlindungan. Arester surja terintegrasi ke dalam transformator atau disuplai secara terpisah. Memantau ketentuan jika pabrik memerlukannya.
Pengujian. Bukan hanya pengujian rutin, tetapi pengujian khusus jika aplikasi memerlukannya—peningkatan suhu, tingkat suara, ketahanan terhadap arus pendek.
Apa yang Kami Lihat di Lapangan
Saya telah menyaksikan industri ini berkembang selama bertahun-tahun dalam memasok trafo untuk proyek pembangkit listrik tenaga angin. Masa-masa awal lebih sederhana - ambil trafo distribusi standar, letakkan di dalam wadah yang terpasang pada bantalan, anggap saja sehari-hari. Itu tidak berhasil lagi.
Pembangkit listrik tenaga angin modern mendorong transformator lebih keras. Arus yang lebih tinggi, konten yang lebih harmonis, persyaratan kode jaringan yang lebih ketat. Transformator yang mengalami kesulitan adalah transformator yang dirancang tanpa mempertimbangkan kenyataan tersebut.
Yang berkinerja dirancang untuk tugas-dengan konfigurasi belitan yang menangani harmonisa, impedansi yang dipilih untuk sistem pengumpulan tertentu, dan margin yang cukup untuk bertahan dari transien yang pasti terjadi.
Intinya
Trafo angin bukan hanya sekedar alat penambah tegangan. Ini adalah antarmuka antara sumber listrik variabel dan jaringan listrik. Ini membentuk tegangan, menyaring harmonisa, membatasi arus gangguan, dan mempengaruhi bagaimana pembangkit berinteraksi dengan jaringan.
Lakukan dengan benar, dan ia melakukan semua hal itu tanpa diketahui. Jika dilakukan kesalahan, hal ini akan menyebabkan pembangkit listrik tidak dapat memenuhi kewajiban peraturan jaringan listriknya atau mengalami pemadaman berulang kali.
Jika Anda sedang mengerjakan proyek pembangkit listrik tenaga angin dan ingin membicarakan pilihan impedansi pemilihan transformator, konfigurasi belitan, persyaratan pengujian-saya senang untuk melakukan percakapan itu. Detailnya lebih penting daripada yang ditunjukkan katalog.
Referensi
- IEC 60076-6, Transformator daya – Bagian 6: Reaktor.
- IEEE Std C57.159, Panduan IEEE untuk Aplikasi Transformator di Ladang Angin.
- Brosur Teknis CIGRE 770, Interaksi Transformator dengan Konverter Elektronik Daya.
