Grid bağlantılı fotovoltaik elektrik istasyonlarında bölünmüş sarım transformatorlarının avantajları nelerdir
Güneş enerjisi, temiz ve yenilenebilir bir enerji kaynağı olarak, Çin'de desteklenen kilit yeni bir enerjidir. Bol teorik rezervi (yıllık 17.000 milyar ton standart kömür eşdeğeri) ve büyük geliştirme potansiyeline sahiptir. Bir zamanlar uzak bölgelerde çoğunlukla şebeke dışı çalıştırılan fotovoltaik enerji üretimi, şimdi bina entegreli fotovoltaik sistemlere ve geniş çaplı çöl tabanlı şebeke bağlantılı projelere doğru hızlı bir şekilde gelişiyor.
Bu makale, şebeke bağlantılı fotovoltaik güç istasyonlarındaki bölünmüş bobinli transformatorları teorik analiz ve mühendislik örnekleri aracılığıyla incelemektedir.
1 Şebeke Bağlı Fotovoltaik Güç İstasyonlarının Ana Devre Özellikleri
Fotovoltaik güç istasyonlarının ana devresi, inversör düzenlemeleriyle yakından ilgilidir: dağıtılmış inversörler, bina entegre projeler için uygunken, merkezi inversörler, çöl fotovoltaik güç istasyonları için tercih edilir (merkezi maksimum güç noktası takibi - MPPT ile düzgün aydınlatma altında optimal güç üretim verimliliği sağlar).
Ancak, daha fazla dizi veya daha büyük kapasiteli inversörlere her zaman ihtiyaç duyulmayabilir—kablo mesafesi, gerilim düşümü ve maliyet performansı göz önünde bulundurulmalıdır. Bu nedenle, dizilerden birleştirici kutulara ve inversörlere olan kablo uzunlukları ve fotovoltaik blokların alanları, yatırım getiri oranlarına göre belirlenir. Ekonomik optimizasyon için, merkezi inversörlerin kapasitesi genellikle 500 kW ile 630 kW arasında değişir.
Şebeke bağlantılı fotovoltaik güç istasyonları, üç ana devre şemasını benimser (Bakınız Şekil 1). Tek dizi şeması (gerilim yükseltme transformatörleri ile) basittir ancak çok sayıda transformatöre ihtiyaç duyar. Büyük ünite şeması (gerilim yükseltme transformatörleri ile), maliyet ve verimlilik arasında etkili bir denge sağlayarak ana akım tasarımını oluşturur.
Bu makale, genişletilmiş ünite tesisatı için bölünmüş bobinli transformatorların avantajlarını tartışmaktadır. Normal çift bobinli transformatörlere kıyasla, çift bölünmüş bobinli transformatörün her fazı, bir yüksek gerilim bobini ve iki düşük gerilim bobinden oluşur. Düşük gerilim bobinleri aynı gerilime ve kapasiteye sahip olup, sadece zayıf manyetik bağlama sahiptir, bakınız Şekil 2.
Bu transformatör genellikle üç çalışma modu vardır: tam geçiş, yarı geçiş ve bölünmüş işlem. Bölünmüş bobinin birkaç dalı toplam düşük gerilim bobini oluşturacak şekilde paralel olarak bağlanıp yüksek gerilim bobiniyle çalıştırıldığında, bu tam geçiş olarak adlandırılır ve transformatörün kısa devre impedansı tam geçiş impedansı X1 - 2. olarak adlandırılır. Düşük gerilim bölünmüş bobinin bir dalı, yüksek gerilim bobiniyle çalıştırıldığında, bu yarı geçiş olarak adlandırılır ve kısa devre impedansı yarı geçiş impedansı X1 - 2' olarak adlandırılır. Bölünmüş bobinin bir dalı, diğer bir dal ile çalıştırıldığında, bu bölünmüş işlem olarak adlandırılır ve kısa devre impedansı bölünmüş impedans X2 - 2'. olarak adlandırılır.
2 Bölünmüş Bobinli Transformatörlerin Avantajları
Tartışmanın kolaylığı için, olgun ürünlerin teknik parametreleri alıntılanarak, normal çift bobinli transformatörlerle niceliksel karşılaştırma yapılmaktadır. 2500 kVA bölünmüş bobinli transformatör örneği: 37 ± 2×2.5% / 0.36 kV / 0.36 kV, 50 Hz, kısa devre reaktans yüzdesi 6.5%, tam geçiş reaktans yüzdesi 6.5%, yarı geçiş reaktans yüzdesi 11.7%, bölünme katsayısı < 3.6%. Hesaplamalar şunları verir:
Tam geçiş reaktansı: X1 - 2 = X1 + X2 // X2
Yarı geçiş reaktansı: X1 - 2' = X1 + X2
Birim değerleri:
Yüksek gerilimli taraf dal reaktansı:
Düşük gerilimli taraf dal reaktansı:
2.1 Kısa Devre Akımını Azaltmak
Şekil 2'deki d1 noktasında kısa devre olduğunda, kısa devre akımı üç bileşenden oluşur: sistemden (yüksek gerilimli taraf, azalmayan periyodik bileşenlerle), hata olmayan dal I''p1 ve hata dalı I''p2. Hata dalındaki düşük gerilimli devre kesicinin kesme kapasitesi, sistem ve hata olmayan dal akımlarının toplamını dikkate alır. Bölünmüş bobinli bir transformatör kullanıldığında:
Sistemden sağlanan kısa devre akımı:
Inverter tipi dağıtılmış güç kısa devre akımı, nominal akımın 2-4 katıdır (süre 1.2-5 ms, 0.06-0.25 döngü) ve hata olmayan dal akımı yaklaşık 4 kA'dır. Normal çift bobinli bir transformatör için (karşılaştırılabilir olması için, uk% = 6.5, bölünmüş bobinli transformatörün tam geçiş reaktans yüzdesi uk1 - 2% ile aynıdır:
Birim reaktansı:
Sistemden sağlanan kısa devre akımı:
hata olmayan dallardan ek katkılarla. Açıkça görülüyor ki, genişletilmiş ünite tesisatı için bölünmüş bobinli transformatörlerin kullanılması, düşük gerilimli taraf dal devre kesicilerinin kesme kapasite gereksinimini önemli ölçüde azaltır.
Paralel modüllerin parametrelerinin tamamen aynı olduğunu ve inversörlerin MPPT kontrol parametrelerinin aynı olduğunu varsayalım. O zaman, C1 = C2 = C, L1 = L2 = L, ve her inversörün indüktör akımı:
Her inversörün indüktör akımının iki parçası olduğu görülebilir: İlki yük akımıdır ve her iki inversör için de aynıdır; ikincisi ise çevrimsel akımdır, inversörlerin çıkış gerilimlerinin amplitüdü, fazı ve frekans farklarıyla ilişkilidir.
Şu anda, güneş enerjili güç istasyonlarındaki inversörlerin ana kontrol mantığı Maksimum Güç Noktası Takibidir (MPPT). Güneş hücresi modülleri iç ve dış dirençlere sahiptir. MPPT kontrolü, bu dirençleri belirli bir anında eşit hale getirdiğinde, PV modülü maksimum güç noktasında çalışır. Şekil 3'ü örnek alarak, Inversör 1 tarafından verilen aktif güç P1 ve reaktif güç Q1 şu şekildedir:
2.3 Hata Olmayan Dalların Gerilimini Korumak
Şekil 2 ve 3'ü örnek alarak, güneş enerjili güç istasyonları genellikle merkezi inversör-dönüşüm düzenlemesini benimser ve inversör ile dönüşüm arasındaki kablo empedansı ihmal edilebilir. Normal çift bobinli bir transformatör kullanıldığında, hata olmayan dalın gerilimi sıfır potansiyele düşer. Bu durumda, röle koruması genellikle hata olmayan dal devre kesicisinin gecikmeli çalışmasını sağlamak için kullanılır, böylece hata kaldırma aralığını azaltır. Ancak, bu yöntem güneş enerjili güç istasyonları için koruma gereksinimlerini karşılamayabilir. Eğer hata dalının kaldırılma süresi inversörün düşük gerilim geçiş yeteneğinden uzunsa, hata olmayan dal zorla şebekeden ayrılacak, bu da hata aralığının genişlemesine yol açabilir.
Bölünmüş bobinli bir transformatör kullanıldığında, bölünmüş empedansın varlığından dolayı, sistemden sağlanan kısa devre akımı, bölünmüş bobinli transformatörün yarı geçiş modunda çalıştırılmasına eşdeğerdir. Hata olmayan dal inversöründen sağlanan kısa devre akımı, bölünmüş bobinli transformatörün bölünmüş işlem moduna eşdeğerdir. Kısa devre anında, hata olmayan dal inversörünün çıkış gerilimi U''2 I''s × X'2+ I''p2× (X''2 + X'''2) şeklinde ifade edilir. Yüksek gerilimli tarafın sonsuz bir sistem olduğu düşünüldüğünde, önceki tartışma doğrultusunda, I''s I''p2 'den çok daha büyüktür. Bu nedenle, ilk bölüm I''s × X'2 azalmaz ve ikinci bölümü I''p2 × (X''2 + X'''2) 'den daha büyüktür.
Hesaplamalar göstermektedir ki, . Hata olmayan dal inversörünün çıkış gerilimi en az 0.5Un seviyesinde korunabilir. Güneş enerjili güç istasyonlarının düşük gerilim geçiş gereksinimlerine göre, kaldırma süresi 1 saniyeden (50 döngüden) daha uzun olmalıdır. Bu nedenle, bölünmüş bobinli transformatörlerle genişletilmiş ünite tesisatı, hata dal devre kesicinin kaldırma süresi içinde hata olmayan dalın şebekeden ayrılmasının önlenmesi açısından güvenilir bir çözüm sunar.
3 Sonuç
Bölünmüş bobinli transformatörler, özellikle şebeke bağlantılı güneş enerjili güç istasyonlarında, mühendislik uygulamalarında yaygın olarak kullanılmaktadır. Yukarıda tartışıldığı gibi, bunların avantajları kısa devre akımını azaltmak, işletme çevrimsel akımı kısıtlamak ve hata olmayan dalların gerilimini korumakta yatar. Bu makale, mühendislik tasarım örnekleri temel alarak, güneş enerjili güç istasyonlarında bölünmüş bobinli transformatörlerin uygulama avantajlarını teorik olarak analiz ederek, şebeke bağlantılı güneş enerjili güç istasyonu projelerinde tesisat biçimlerinin ve ekipmanların seçimi konusunda belirli bir yönlendirme sağlamaktadır.
