تبدیل‌کننده‌های هوشمند زمین‌گذاری برای پشتیبانی از شبکه‌های جزیره‌ای

۱. زمینه پروژه

پروژه‌های فتوولتائیک (PV) توزیع‌شده و ذخیره‌سازی انرژی به سرعت در سراسر ویتنام و جنوب شرق آسیا در حال توسعه هستند، اما با چالش‌های قابل توجهی مواجه هستند:

۱.۱ ناپایداری شبکه:

شبکه برق ویتنام دچار نوسانات مکرر است (به‌ویژه در مناطق صنعتی شمالی). در سال ۲۰۲۳، کمبود برق ناشی از نیروگاه‌های زغال‌سنگی منجر به قطعی گسترده برق شد که خسارت روزانه آن بیش از ۵ میلیون دلار آمریکا بود. سیستم‌های سنتی فتوولتائیک فاقد قابلیت‌های مدیریت موثر ترانس‌های زمین‌کردن خنثی هستند و در نتیجه تجهیزات در برابر آسیب و حوادث ایمنی در هنگام خطا در شبکه آسیب‌پذیر می‌شوند. این موضوع لزوم وجود ترانس‌های زمین‌کردن قابل اعتماد را برجسته می‌کند.

۱.۲ فشار مقرراتی و الزامات ایمنی:

مقررات ویتنام در سال ۲۰۲۴ نیازمندی این است که سیستم‌های ذخیره‌سازی انرژی باید آزمون عملیات جزیره‌ای ۷۲ ساعته گروه برق ویتنام (EVN) را پشت سر بگذارند و دارای قابلیت عبور از ولتاژ بالا/پایین (HVRT/LVRT) باشند. با افزایش گسترده الکترونیک قدرت، مشکلات جریان توالی صفر و هارمونیک برجسته شده و اغلب باعث خطا در عملکرد سیستم‌های حفاظتی می‌شوند. ترانس‌های زمین‌کردن با عملکرد بالا برای رعایت این الزامات ضروری هستند.

۱.۳ الزامات سازگاری با محیط زیست:

شرایط آب‌وهوایی با دمای بالا و رطوبت بالا (رطوبت متوسط سالانه >80%) باعث تسریع فرآیند پیری تجهیزات می‌شود و نیازمند ترانس‌های زمین‌کردن با عملکرد مقاوم در برابر خوردگی و رطوبت است. محیط‌های نمکی ساحلی (محتوای نمک هوا >5mg/m³) خطر خوردگی را بیشتر می‌کند و الزامات سخت‌گیرانه‌تری را برای سازگاری محیطی ترانس‌های زمین‌کردن ایجاد می‌کند.

۲. راه‌حل: سیستم هوشمند ترانس زمین‌کردن

۲.۱ طراحی فناوری اصلی

ترانس زمین‌کردن با اتصال زیگ‌زاگ:

دارای طراحی شش سیم‌پیچ تخصصی با ظرفیت نامی ۱۲۵۰ کیلوولت‌آمپر، امپدانس بسیار پایین توالی صفر ۴-۶ اهم (در مقابل ۳۰ اهم در ترانسفورماتورهای معمولی) و قابلیت تحمل اتصال کوتاه ۲۵ کیلوآمپر به مدت ۲ ثانیه، که به‌طور ایده‌آل برای نیروگاه‌های توزیع‌شده بزرگ مناسب است.

• بهینه‌سازی سرکوب هارمونیک: ساختار تلفیقی سیم‌پیچ Δ-YY همراه با فیلترهای LC، سرکوب ≥85% هارمونیک‌های مرتبه سوم/پنجم/هفتم را فراهم می‌کند، که ن畸ش کلی هارمونیک (THD) را از ۱۲٪ به <5% کاهش می‌دهد و به‌طور مؤثر از آسیب تجهیزات ناشی از رزونانس جلوگیری می‌کند. این قابلیت کاهش هارمونیک یکی از ویژگی‌های اصلی ایمنی ترانس زمین‌کردن محسوب می‌شود.
• بهبود سازگاری با محیط: بدنه با رتبه حفاظت IP54؛ قطعات حیاتی با پوشش سرامیک نانو پوشش‌دهی شده‌اند و تست نمک‌پاش IEC 60068-2-52 (۳۰۰۰ ساعت بدون خوردگی) را پشت سر گذاشته‌اند. این اقدامات محافظتی اطمینان از قابلیت اطمینان بلندمدت ترانس‌های زمین‌کردن در محیط‌های سخت را فراهم می‌کنند.
• طراحی مدیریت حرارتی: مجهز به شمع‌های آلومینیومی و سیستم خنک‌کنندگی اجباری با هوای فشرده، افزایش دما در دمای محیط ۴۵ درجه سانتی‌گراد به ≤55K کنترل می‌شود. این سیستم کارآمد مدیریت حرارتی برای عملکرد ایمن ترانس‌های زمین‌کردن در آب‌وهوای گرمسیری حیاتی است.

۲.۲ سیستم نظارت و حفاظت هوشمند

ماژول سنسور تلفیقی: نظارت لحظه‌ای از دمای سیم‌پیچ، تخلیه جزئی و وضعیت عایق‌بندی؛ داده‌ها در عرض چند میلی‌ثانیه به سیستم‌های SCADA محلی و پلتفرم‌های ابری (مانند Hoymiles S-miles Cloud) منتقل می‌شوند. نظارت مداوم به‌طور قابل توجهی ایمنی ترانس زمین‌کردن را افزایش می‌دهد.

هماهنگی منطق حفاظتی:

• هماهنگی کلیدهای قدرت: پس از تشخیص کاهش ولتاژ شبکه به ۲۰٪ UN، در عرض ۱۰ ثانیه حالت زمین‌کردن را به‌صورت خودکار تغییر می‌دهد (برآورده کردن الزامات قفل‌شدن ولتاژ پایین ویتنام)
• یکپارچه‌سازی سیستم تشخیص خطای قوس (AFCI): مدار معیوب را در عرض ۰.۵ ثانیه قطع می‌کند و از ایجاد آتش‌سوزی ناشی از خطاهای زمین جلوگیری می‌کند. این منطق حفاظت سریع به‌راحتی با ترانس زمین‌کردن یکپارچه می‌شود.

۲.۳ بهبودهای سازگاری محلی

هماهنگی با شبکه: حالت آزمون جزیره‌ای مورد نیاز EVN را پشتیبانی می‌کند و انتقال بدون وقفه به تأمین انرژی از سیستم ذخیره‌سازی پس از قطعی شبکه را شبیه‌سازی می‌کند. ترانس زمین‌کردن یکی از اجزای اصلی برای موفقیت در این آزمون حیاتی است.

رابط‌های سیم‌بندی از قبل نصب‌شده الزامات مهر و موم اتاقک کنتورهای اجباری ویتنام را برآورده می‌کنند.

راحتی نگهداری: عمر خدماتی طراحی‌شده ≥25 سال؛ دوره‌های نگهداری تا ۳ سال گسترش یافته‌اند که هزینه‌های O&M را در مناطق گرمسیری به‌طور قابل توجهی کاهش می‌دهد. دوام ترانس زمین‌کردن به‌طور چشمگیری هزینه‌های چرخه عمر را کاهش می‌دهد.

۳. نتایج حاصل‌شده

۳.۱ افزایش ایمنی و قابلیت اطمینان

در هنگام خطا در شبکه، ترانس زمین‌کردن خنثی را در عرض ۱۵ میلی‌ثانیه تغییر می‌دهد (که استاندارد ۵۰ میلی‌ثانیه ویتنام را پشت سر می‌گذارد) و عملکرد مداوم بارهای حیاتی (مانند خطوط تولید کارخانه) را تضمین می‌کند. مدیریت سریع خطا توسط ترانس زمین‌کردن، نرخ خرابی تجهیزات را ۸۵٪ کاهش داد و پس از اجرای پروژه در منطقه صنعتی هانوی در سال ۲۰۲۴، حوادث مرتبط با زمین‌کردن را به‌طور کامل حذف کرد.

۳.۲ مزایای اقتصادی و رعایت قوانین

• کاهش ریسک جریمه: رعایت الزامات انتشار کربن طبق "قانون صنعت سبز"، با اجتناب از جریمه‌های ۳٪ درآمد سالانه.
• کوتاه شدن دوره بازپرداخت: از طریق کاهش هزینه‌های نگهداری (کاهش ۳۵٪) و کاهش زیان‌های توقف، IRR به میزان ۲ تا ۳ نقطه درصد افزایش یافته و دوره بازپرداخت از ۵.۸ سال به ۴.۲ سال کاهش یافته است.

۳.۳ تقویت قابلیت پشتیبانی شبکه

عبور از آزمون تنظیم دینامیک: تحت تنظیم انعطاف‌پذیر EVN (هنگامی که بار شبکه <۷۵٪)، حمایت از تنظیم توان تا ۳۰٪ ظرفیت نصب شده، امکان مشارکت نیروگاه‌ها در بازار تنظیم فرکانس (FRM) را فراهم می‌کند. نقطه خنثی پایدار توسط ترانسفورماتور زمین‌گذاری تشکیل شده و پایه‌ای برای این عملکرد پشتیبانی شبکه است. در یک پروژه آزمایشی در شهر هوچی‌مین، با ارائه حمایت توان واکنشی، نیروگاه ۱۲٪ درآمد اضافی از خدمات جانبی کسب کرد.