Mis on jagatud puhvertransformatorite eelised võrguga ühendatud päikeseenergia elektrijaamades?
Päikeseenergia, mis on puht ja taastuv energiaallikas, on Hiinas oluline uus toetatav energia. Sellel on rikkalikud teoreetilised varud (17 000 miljardit tonni standardkütuse ekvivalent aastas) ja suur arenduspotentsiaal. Fotogaalne elektritootmine, mis oli algselt peamiselt mõeldud äärmuslike piirkondade võrgust väljaspool töötlemiseks, areneb nüüd kiiresti ehitisse integreeritud fotogaalsete süsteemide ja suurte kõrbes olevate võrguga seotud projektide suunas.
See artikkel analüüsib lõigete jagamisel põhinevaid transformatoreid võrguga seotud fotogaalsetes elektrijaamades teoreetiliselt ja inseneriülesannete kaudu.
1 Võrguga seotud fotogaalsete elektrijaamade peamised tsuitsiringide omadused
Fotogaalsete elektrijaamade peamised tsuitsiringid on tihealt seotud inverterite paigutusega: hajus inverterid sobivad ehitisse integreeritud projektidele, samas kui keskendatud inverterid on eelistatud kõrbes asuvate fotogaalsete elektrijaamade jaoks (selleks, et saavutada optimaalne elektroenergiategmise tõhusus ühtlasel valguse all läbi keskendatud Maksimaalse Tõhusa Punktide Jälituse - MPPT).
Kuid rohkem stringe või suuremaid invertereid ei ole alati kasulik – tuleb arvestada kaablitõugude, pingevahetuse ja kuluefektiivsusega. Seega määratakse stringide kuni kombainerite ja inverterite kaablite pikkused ning fotogaalsed blokkide pindalad investeeringute tagasiside suhte kaudu. Majandusliku optimiseerimise huvides on keskendatud inverterite võimsus tavaliselt 500 kW kuni 630 kW vahel.
Võrguga seotud fotogaalsete elektrijaamade peamised tsuitsiringide skeemid (näha ka joonist 1) on kolm: üksikstringi skeem (kaasa arvatud step-up transformatoreid) on lihtne, kuid nõuab palju transformatoreid. Suuri üksuste skeem (kaasa arvatud step-up transformatoreid) on populaarne disain, mis tasakaalustab efektiivselt kulusid ja tõhusust.
Artikkel arutab lõigete jagamisel põhinevate transformatorite kasutamise eeliseid laiendatud üksuste viiritsides. Sellistes transformatorites koosneb iga faas ühest kõrgepinge viiritsist ja kahest madalapinge viiritsist. Madalapinge viiritsid on sama pingega ja võimsusega, kuid nende magneetiline koppel on nende vahel nõrk, näha ka joonist 2.
Sellisel transformatoril on tavaliselt kolm töörežiimi: läbipääsemise režiim, poolik läbipääsemise režiim ja jagamise režiim. Kui mitu jagatud viiritsi paralleelitakse kokku üheks üldiseks madalapinge viiritsiks, et töötada vastu kõrgepinge viiritsiga, siis seda nimetatakse läbipääsemiseks, ja transformatori lühikeste tingimuste takistust nimetatakse läbipääsemise takistuseks X1 - 2. Kui üks madalapinge jagatud viiritsi osa töötab vastu kõrgepinge viiritsiga, siis seda nimetatakse poolikuks läbipääsemiseks, ja lühikeste tingimuste takistust nimetatakse poolikuks läbipääsemiseks X1 - 2'. Kui üks jagatud viiritsi osa töötab vastu teise jagatud viiritsi osaga, siis seda nimetatakse jagamiseks, ja lühikeste tingimuste takistust nimetatakse jagamiseks X2 - 2'.
2 Lõigete jagamisel põhinevate transformatorite eelised
Arutelu lihtsamaks tegemiseks viidatakse täiustatud toodete tehnilistele parameetritele, et teha kvantitatiivne võrdlus tavapäraste kaheviiritsiliste transformatoritega. Võtame 2500 kVA lõigete jagamisel põhineva transformatori: 37 ± 2×2.5% / 0.36 kV / 0.36 kV, 50 Hz, lühikeste tingimuste reaktansiprotsent 6.5%, täispääsemise reaktansiprotsent 6.5%, pooliku läbipääsemise reaktansiprotsent 11.7%, jagamiskordaja < 3.6%. Arvutused andsid:
Täispääsemise reaktans: X1 - 2 = X1 + X2 // X2
Pooliku läbipääsemise reaktans: X1 - 2' = X1 + X2
Per-ühik väärtused:
Kõrgepinge pooli reaktans:
Madalapinge pooli reaktans:
2.1 Lühikeste tingimuste voolu vähendamine
Joonis 2 näitab, kui d1-s esineb lühikeste tingimusi, siis lühikeste tingimuste voolul on kolm komponenti: süsteemist (kõrgepinge pool, mitte kadunud perioodilised komponendid), mittepuudusega sild I''p1, ja puudusega sild I''p2. Madalapinge katkiseri jaoks puudusega sildel arvestatakse süsteemi ja mittepuudusega sildide voolude summat. Lõigete jagamisel põhineva transformatori korral:
Süsteemilt toodud lühikeste tingimuste vool:
Inverterite jaotatud energiaga seotud lühikeste tingimuste vool on 2–4 korda suurem kui niminaalne vool (kestus 1.2–5 ms, 0.06–0.25 tsüklit), ja mittepuudusega sildi vool on umbes 4 kA. Tavapärase kaheviiritsilise transformatori korral (võrreldavuse huvides, eeldame, et uk% = 6.5, sama nagu lõigete jagamisel põhineva transformatori täispääsemise reaktansiprotsent uk1 - 2%:
Per-ühik reaktans on：
Süsteemilt toodud lühikeste tingimuste vool on：
lisaks mittepuudusega sildide panusest. Selgub, et lõigete jagamisel põhinevate transformatorite kasutamine laiendatud üksuste viiritsides vähendab oluliselt madalapinge pooli sildide katkiseri mahutuse nõudmist.
Eeldame, et paralleelselt ühendatud moodulite parameetrid on täpselt samad ja inverterite MPPT juhtimisparameetrid on samad. Siis C1 = C2 = C, L1 = L2 = L, ja iga inverteri induktorivool on:
Nähtub, et iga inverteri induktorivool koosneb kahest osast: esimene on laadivool, mis on sama mõlemale inverterile; teine on ringivool, mis on seotud inverterite väljundpinge amplituudi, faasi ja sageduse erinevustega.
Praegu on fotogaalsete elektrijaamade inverterite peamise kontrollilogika Maksimaalne Tõhusa Punktide Jälitus (MPPT). Päikesepaneelidel on sisemine ja välimine vastus. Kui MPPT juhtimine muudab need vastused mingil hetkel võrdseks, siis fotogaalne paneel töötab maksimaalsel tõhususpunktil. Joonis 3 näitab, et Inverter 1 aktiivne võimsus P1 ja reaktiivne võimsus Q1 on:
2.3 Mittepuudusega sildide pingehoidmine
Joonist 2 ja 3 näidates, fotogaalsete elektrijaamade korral kasutatakse tavaliselt keskendatud inverteri-transformatori paigutust, ja inverteri ja transformatori vaheline kaabelimpedants on jätkusuvaline. Tavapärase kaheviiritsilise transformatori korral langab mittepuudusega sildi pingel nullpotentsiaalini. Sellisel juhul kasutatakse rel-eestit, et viivitada mittepuudusega sildi katkiseri töö algusega, et vähendada puuduse eemaldamise ulatust. Kuid see meetod võib mitte rahuldada fotogaalsete elektrijaamade kaitse nõudmisi. Kui puudusega sildi eemaldamise aeg ületab inverteri madalapinge läbipääsemise võimet, siis mittepuudusega sild peab sundlikult lahku maavõrgust, suurendades seeläbi puuduse ulatuse laienemise riski.
Lõigete jagamisel põhineva transformatori korral, kuna jagamise impedants eksisteerib, on süsteemilt toodud lühikeste tingimuste vool võrdne lõigete jagamisel põhineva transformatori pooliku läbipääsemise režiimiga. Mittepuudusega sildi inverterilt toodud lühikeste tingimuste vool on võrdne lõigete jagamisel põhineva transformatori jagamise režiimiga. Lühikeste tingimuste hetkel mittepuudusega sildi inverteri väljundpinge U''2 on I''s × X'2 + I''p2 × (X''2 + X'''2). Kuna kõrgepinge pool on lõpmatu süsteem, siis eelmises arutelus I''s on palju suurem kui I''p2. Seega, esimene osa I''s × X'2 ei langeda ja on suurem kui teine osa I''p2 × (X''2 + X'''2).
Arvutused näitavad, et U''2 > I''s × X'2 = 185 V. Mittepuudusega sildi inverteri väljundpinge saab hoida vähemalt umbes 0.5Un. Fotogaalsete elektrijaamade madalapinge läbipääsemise nõuded järgi on eemaldamise aeg suurem kui 1 s (50 tsüklit). Seega, lõigete jagamisel põhinevate transformatorite kasutamine laiendatud üksuste viiritsides võimaldab usaldusväärset vastendamist, et mittepuudusega sild ei lahku maavõrgust puudusega sildi katkiseri eemaldamise ajal.
3 Järeldus
Lõigete jagamisel põhinevad transformatorid on laialdaselt kasutusel inseneriülesannetes, eriti sobivad neid võrguga seotud fotogaalsete elektrijaamade jaoks. Eelnimetatud arutelu põhjal nende eelised peamiselt seisnevad lühikeste tingimuste voolu vähendamises, tööringivoolu piiramises ja mittepuudusega sildide pingehoidmisel. See artikkel analüüsib nende rakenduse eeliseid fotogaalsete elektrijaamades teoreetiliselt, pakkudes mõnda juhendivat tähtsust võrguga seotud fotogaalsete elektrijaamade projekteerimisel viiritside ja seadmete valikul.
