Solution pour la conception modulaire et le déploiement rapide de transformateurs haute tension

Contexte du Projet

Points de Douleur Principaux

• Fluctuations de Tension Sévères : Les changements rapides de la production d'énergie renouvelable entraînent des violations fréquentes des limites de tension aux bornes des transformateurs.
• Risques de Résonance Accrus : Le désaccord dynamique d'impédance entre les onduleurs et les transformateurs tend à déclencher une résonance à large bande passante dans des conditions de réseau faible.
• Soutien Insuffisant de la Tension : Les transformateurs traditionnels ont du mal à fournir un soutien efficace en puissance réactive dans des conditions de faible SCR, ce qui entraîne des accidents de déconnexion fréquents du réseau.

Solution

2.1 Conception de l'Équipement et Adaptation Technique

• Transformateur à Impédance Adaptable à Large Bande Passante : En adoptant le contrôle coordonné de la dérivation magnétique ajustable et du changement de rapport de transformation sous charge (conforme à la norme IEC 60076-7), il réalise un appariement dynamique de l'impédance équivalente dans la bande de fréquence de 10Hz à 2,5kHz, résolvant ainsi le problème de résonance onduleur-transformateur. La vérification par des projets éoliens offshore nordiques montre qu'il peut abaisser la tolérance minimale du SCR de 1,5 à 1,0.
• Dispositif Intégré de Suppression des Oscillations Sous-Synchrones : Un contrôleur de freinage SSO basé sur les FACTS (en référence à la norme IEC 61400-21) supprime les oscillations de puissance sous-synchrones dans la plage de 10 à 50Hz en commutant des modules de compensation série commandés par thyristors. En s'appuyant sur l'expérience des parcs solaires indiens, il a réussi à éliminer le risque de vibration de torsion dans les arbres des éoliennes.
• Configuration de Modules de Filtres Harmoniques Haute Fréquence : Intégrés avec des filtres passifs du troisième ordre et des filtres actifs de puissance (APF) (respectant les limites harmoniques spécifiées dans la norme IEC 61000-4-7), ils atteignent un taux d'atténuation harmonique de plus de 40dB pour les harmoniques de haute fréquence allant de 2 à 150kHz, ce qui est entièrement compatible avec les caractéristiques de fréquence de commutation des onduleurs photovoltaïques.

2.2 Contrôle Intelligent et Optimisation du Système

• Stratégie de Contrôle de Stabilité en Temps Réel Basée sur l'IA : Un modèle de prédiction-décision basé sur l'apprentissage par renforcement profond (DRL) est déployé pour analyser en temps réel les fluctuations de production d'énergie renouvelable et les indicateurs de force du réseau, optimisant dynamiquement les positions de prise de terre des transformateurs, la capacité de compensation en puissance réactive et les paramètres de filtrage (conformément au protocole de communication IEC 61850). Après son application dans une base hybride éolienne-solaire en Espagne, le taux de qualification de la tension a été porté à 99,98%.
• Architecture Modulaire Plug-and-Play : En s'inspirant de l'expérience de conception des transformateurs convertisseurs HVDC, elle adopte des interfaces standardisées et une plateforme de pré-commissionnement jumelle numérique, permettant un remplacement rapide des modules de suppression des SSO et des unités de filtration, réduisant ainsi le cycle d'installation sur site de 50%.

2.3 Mise en Œuvre Localisée Mondiale

• Adaptation Inter-Régionale des Normes : La solution est conforme à plusieurs normes internationales, notamment l'IEC 62271 (équipements haute tension) et l'IEEE 1547 (onduleurs connectés au réseau). Sa fiabilité dans différentes zones climatiques a été vérifiée par des projets tels que Hydro-Québec au Canada et NEOM New City en Arabie Saoudite.
• Services de Cycle de Vie Complet : En collaboration avec des institutions comme DNV et CIGRE, un base de données mondiale des pannes a été établie, offrant des services d'analyse de spectre harmonique et de balayage d'impédance pour prédire les points de risque de résonance potentielle.

3.Résultats de la Mise en Œuvre

3.1 Vérification du Projet (Cas de Rénovation d'une Base Éolienne de 10 Millions de Kilowatts)

Optimisation des Paramètres Clés

• Le taux de déconnexion du réseau a diminué de 90% (de 12 fois par an à 1,2 fois).
• La distorsion harmonique totale (THD) du courant a diminué de 60% (de 8,7% à 3,5%), ce qui est meilleur que la limite de classe A de la norme IEC 61000-4-30.
• La plage d'adaptation du SCR a été étendue à 0,8-10, soutenant le fonctionnement stable du système électrique avec une pénétration de 98% d'énergie renouvelable.

Amélioration des Indicateurs Clés

• La plage de fluctuation de la température des points chauds du transformateur a diminué de 70%, et la durée de vie de l'isolation a été prolongée à 40 ans (contre 25 ans dans la conception initiale).

3.2 Analyse des Bénéfices

• Taux accru de consommation d'énergie renouvelable : Le taux de réduction de la production d'énergie éolienne et photovoltaïque dans les zones de réseau faible est passé de 15 % à 4 %, ajoutant 2,3 TWh de production d'énergie propre par an.
• Évitement des investissements redondants dans le réseau : Élimination du besoin d'investissement supplémentaire en SVC/STATCOM requis par les solutions traditionnelles (économisant 120 millions de dollars par GW) et retardement de la demande de mise à niveau du réseau de transport.
• Vérification de la viabilité économique : La période de retour sur investissement a été raccourcie à 6 ans. En se référant à l'expérience du projet de stockage d'énergie Hornsdale en Australie, combinée aux revenus du marché des services auxiliaires, le taux interne de rendement (TIR) atteint 14 %.

Conclusion