Какви са предимствата на трансформаторите с разделящи се обмотки в фотоелектрични електроцентрали, свързани с мрежата
Слънчевата енергия, като чист и възобновяем източник на енергия, е ключов нов източник на енергия, поддържан в Китай. Тя разполага с обилни теоретични запаси (17 000 милиарда тона стандартен въглен еквивалент годишно) и огромен потенциал за развитие. Фотоелектричното производство, което преди работеше главно изолирано в отдалечени области, сега бързо се развива към интегрирани в сградите фотоелектрични системи и големи пустинни проекти, свързани с мрежата.
Тази статия анализира разделените трансформатори в фотоелектрични станции, свързани с мрежата, чрез теоретичен анализ и инженерни примери.
1 Основни характеристики на основния контур на фотоелектрични станции, свързани с мрежата
Основният контур на фотоелектричните станции е тесно свързан с разположението на инверторите: разпределените инвертори са подходящи за проектите, интегрирани в сградите, докато централните инвертори са предпочитани за пустинните фотоелектрични станции (за да се постигне оптимална ефективност на производството на електроенергия при равномерна осветителност чрез централно следване на точката на максимална мощност - MPPT).
Однако повече низове или инвертори с по-голяма капацитет не винаги са полезни - трябва да се вземат предвид дължината на кабелите, падането на напрежението и соотношението цена-качество. Ето защо дължините на кабелите от низовете до комбинаторните кутии до инверторите и площта на фотоелектричните блокове се определят от отношенията на инвестициите. За икономическа оптимизация, капацитетът на централните инвертори обикновено варира между 500 kW и 630 kW.
Фотоелектричните станции, свързани с мрежата, основно използват три основни схеми на основния контур (както е показано на фигура 1). Схемата с единичен низ (с трансформатори за повишаване на напрежението) е проста, но изисква голям брой трансформатори. Схемата с големи единици (включваща трансформатори за повишаване на напрежението) е主流设计，有效平衡了成本和效率。
本文讨论了扩展单元接线中使用分裂绕组变压器的优点。与普通双绕组变压器相比，每个相的双分裂绕组变压器由一个高压绕组和两个低压绕组组成。低压绕组具有相同的电压和容量，但它们之间只有弱磁耦合，如图2所示。
这种变压器通常有三种运行模式：贯通运行、半贯通运行和分裂运行。当分裂绕组的几个分支并联成总的低压绕组与高压绕组对运行时，称为贯通运行，此时变压器的短路阻抗称为贯通阻抗 X1 - 2. 当低压分裂绕组的一个分支与高压绕组对运行时，称为半贯通运行，此时的短路阻抗称为半贯通阻抗 X1 - 2'. 当分裂绕组的一个分支与另一个分支对运行时，称为分裂运行，此时的短路阻抗称为分裂阻抗 X2 - 2'.
2 分裂绕组变压器的优点
为便于讨论，引用成熟产品的技术参数进行定量比较。以一台2500 kVA分裂绕组变压器为例：37 ± 2×2.5% / 0.36 kV / 0.36 kV，50 Hz，短路电抗百分比6.5%，全贯通电抗百分比6.5%，半贯通电抗百分比11.7%，分裂系数<3.6%。计算得出：
全贯通电抗: X1 - 2 = X1 + X2 // X2
半贯通电抗: X1 - 2' = X1 + X2
标幺值：
高压侧支路电抗：
低压侧支路电抗：
2.1 减少短路电流
在图2中的d1处发生短路时，短路电流有三个分量：来自系统的（高压侧，具有非衰减周期分量）、非故障支路I''p1和故障支路I''p2。对于故障支路上的低压断路器，其开断能力考虑系统和非故障支路电流之和。使用分裂绕组变压器：
系统提供的短路电流：
逆变型分布式电源短路电流为额定电流的2-4倍（持续时间1.2-5毫秒，0.06-0.25个周期），而非故障支路电流约为4 kA。对于普通双绕组变压器（为了可比性，假设uk% = 6.5%，与分裂绕组变压器的全贯通电抗百分比uk1 - 2%相同）：
标幺电抗是：
系统提供的短路电流是：
再加上非故障支路的贡献。显然，使用分裂绕组变压器进行扩展单元接线显著降低了低压侧支路断路器的开断容量要求。
假设并联模块的参数完全相同，并且逆变器的MPPT控制参数相同。则C1 = C2 = C，L1 = L2 = L，每个逆变器的电感电流为：
可以看出，每个逆变器的电感电流由两部分组成：第一部分是负载电流，两个逆变器都相同；第二部分是环流，与逆变器输出电压的幅值、相位和频率差异有关。
目前，光伏电站逆变器的主要控制逻辑是最大功率点跟踪（MPPT）。太阳能电池组件具有内部和外部电阻。当MPPT控制使这些电阻在某一时刻相等时，光伏组件工作在最大功率点。以图3为例，逆变器1输出的有功功率P1和无功功率Q1为：
2.3 维持非故障支路电压
以图2和图3为例，光伏电站通常采用集中式逆变器-变压器布局，逆变器与变压器之间的电缆阻抗可以忽略不计。使用普通双绕组变压器时，非故障支路的电压会降至零电位。在这种情况下，通常使用继电保护延迟非故障支路断路器的动作以减少故障切除范围。然而，这种方法可能无法满足光伏电站的保护要求。如果故障支路的切除时间超过逆变器的低电压穿越能力，非故障支路将被迫从电网断开，增加了故障范围扩大的风险。
使用分裂绕组变压器时，由于存在分裂阻抗，系统提供的短路电流相当于分裂绕组变压器的半贯通运行模式。非故障支路逆变器提供的短路电流相当于分裂绕组变压器的分裂运行模式。在短路瞬间，非故障支路逆变器的输出电压U''2为I''s × X'2 + I''p2 × (X''2 + X'''2)。由于高压侧是一个无限系统，根据之前的讨论，I''s远大于I''p2。因此，第一部分I''s × X'2不衰减并且大于第二部分I''p2 × (X''2 + X'''2)。
计算表明U''2 > I''s × X'2 = 185 V。非故障支路逆变器的输出电压至少可以保持在约0.5Un。根据光伏电站的低电压穿越要求，故障切除时间大于1秒（50个周期）。因此，使用分裂绕组变压器的扩展单元接线可以可靠地满足在故障支路断路器切除时间内非故障支路不脱离电网的要求。
3 结论
分裂绕组变压器在工程中广泛应用，特别适用于并网光伏电站。如上所述，其主要优点在于减少短路电流、限制运行环流和维持非故障支路电压。本文基于工程设计实例，理论分析了其在光伏电站中的应用优势，为并网光伏电站项目的接线形式和设备选型提供了一定的指导意义。
--- **注意：** 以上翻译包含了中文内容，需要进一步翻译为保加利亚语。以下是完整的保加利亚语翻译：Слънчевата енергия, като чист и възобновяем източник на енергия, е ключов нов източник на енергия, поддържан в Китай. Тя разполага с обилни теоретични запаси (17 000 милиарда тона стандартен въглен еквивалент годишно) и огромен потенциал за развитие. Фотоелектричното производство, което преди работеше главно изолирано в отдалечени области, сега бързо се развива към интегрирани в сградите фотоелектрични системи и големи пустинни проекти, свързани с мрежата.
Тази статия анализира разделените трансформатори в фотоелектрични станции, свързани с мрежата, чрез теоретичен анализ и инженерни примери.
1 Основни характеристики на основния контур на фотоелектрични станции, свързани с мрежата
Основният контур на фотоелектричните станции е тесно свързан с разположението на инверторите: разпределените инвертори са подходящи за проектите, интегрирани в сградите, докато централните инвертори са предпочитани за пустинните фотоелектрични станции (за да се постигне оптимална ефективност на производството на електроенергия при равномерна осветителност чрез централно следване на точката на максимална мощност - MPPT).
Однако повече низове или инвертори с по-голяма капацитет не винаги са полезни - трябва да се вземат предвид дължината на кабелите, падането на напрежението и соотношението цена-качество. Ето защо дължините на кабелите от низовете до комбинаторните кутии до инверторите и площта на фотоелектричните блокове се определят от отношенията на инвестициите. За икономическа оптимизация, капацитетът на централните инвертори обикновено варира между 500 kW и 630 kW.
Фотоелектричните станции, свързани с мрежата, основно използват три основни схеми на основния контур (както е показано на фигура 1). Схемата с единичен низ (с трансформатори за повишаване на напрежението) е проста, но изисква голям брой трансформатори. Схемата с големи единици (включваща трансформатори за повишаване на напрежението) е mainstream design, effectively balancing cost and efficiency.
Тази статия обсъжда предимствата на използването на разделени трансформатори с обмотки за разширена щепа. В сравнение с обикновените двойни трансформатори, всеки фазов компонент на двойния трансформатор с разделени обмотки се състои от една високо-напрегнатостна обмотка и две ниско-напрегнатостни обмотки. Нисконапрегнатостните обмотки имат еднакво напрежение и капацитет, но само слаба магнитна връзка помежду си, както е показано на фигура 2.
Този трансформатор обикновено има три режима на работа: пропускане, полу-пропускане и разделяне. Когато няколко клонове на разделената обмотка се паралелират в общ ниско-напрегнатостен обмотка, за да работят срещу високо-напрегнатостната обмотка, това се нарича режим на пропускане, и короткото съпротивление на трансформатора се нарича пропускна съпротивление X1 - 2. Когато един клон на ниско-напрегнатостната разделена обмотка работи срещу високо-напрегнатостната обмотка, това се нарича режим на полу-пропускане, и короткото съпротивление се нарича полу-пропускна съпротивление X1 - 2'. Когато един клон на разделената обмотка работи срещу друг клон, това се нарича режим на разделяне, и короткото съпротивление се нарича разделяща съпротивление X2 - 2'.
2 Предимства на разделените трансформатори с обмотки
За по-лесно обсъждане, техническите параметри на зрели продукти се цитират за количествено сравнение с обикновените двойни трансформатори. Вземете например 2500 kVA трансформатор с разделени обмотки: 37 ± 2×2.5% / 0.36 kV / 0.36 kV, 50 Hz, процент короткото съпротивление 6.5%, пълно пропускно съпротивление 6.5%, полу-пропускно съпротивление 11.7%, фактор на разделяне < 3.6%. Пресмятанията дават:
Пълно пропускно съпротивление: X1 - 2 = X1 + X2 // X2
Полу-пропускно съпротивление: X1 - 2' = X1 + X2
Единични стойности:
Високо-напрегнатостен клон съпротивление:
Ниско-напрегнатостен клон съпротивление:
2.1 Намаляване на короткото съпротивление
При короткото съпротивление на d1 в фигура 2, короткото съпротивление има три компонента: от системата (високо-напрегнатостен клон, с непремахващи периодични компоненти), без дефектен клон I''p1, и дефектен клон I''p2. За ниско-напрегнатостния прекъсвател на дефектния клон, неговата способност за прекъсване се взема предвид сумата от системата и без дефектния клон тока. С разделен трансформатор с обмотки:
Система-предоставен короткото съпротивление:
Инверторен тип разпределен мощност короткото съпротивление е 2-4 пъти по-голямо от номиналния ток (продължителност 1.2-5 ms, 0.06-0.25 цикли), и без дефектния клон ток е ~4 kA. За обикновен двойни трансформатор (за сравнимост, приемаме uk% = 6.5, също като пълно пропускно съпротивление на разделен трансформатор uk1 - 2%:
Единични съпротивления:
Система-предоставен короткото съпротивление:
С допълнителен принос от без дефектните клонове. Ясно е, че използването на разделени трансформатори с обмотки за разширена щепа значително намалява изискванията за способността за прекъсване на ниско-напрегнатостните прекъсватели на клоновете.
Приемайте, че параметрите на паралелните модули са напълно еднакви и параметрите за контрол на MPPT на инверторите са еднакви. Тогава C1 = C2 = C, L1 = L2 = L, и токът на индуктора на всеки инвертор е:
Може да
