Ano ang mga pakinabang ng mga split-winding transformers sa grid-connected na photovoltaic power stations?
Ang enerhiya ng solar, bilang isang malinis at renewable na mapagkukunan ng enerhiya, ay isa sa mga pangunahing bagong enerhiyang sinusuportahan sa Tsina. Ito ay may sapat na teoretikal na imbakan (17,000 bilyong tonelada ng standard coal equivalent taun-taon) at napakalaking potensyal para sa pag-unlad. Ang photovoltaic power generation, na dating pangunahing nag-ooperate off-grid sa mga mahirap na lugar, ay kasalukuyang mabilis na umuunlad patungo sa building-integrated photovoltaics at malawak na grid-connected na mga proyekto sa kumunoy.
Ang papel na ito ay nag-aanalisa ng mga split-winding transformers sa mga grid-connected photovoltaic power stations sa pamamagitan ng teoretikal na analisis at mga kaso ng inhenyeriya.
1 Pangunahing Katangian ng Circuit ng Grid-Connected Photovoltaic Power Stations
Ang pangunahing circuit ng photovoltaic power stations ay malapit na nauugnay sa layout ng mga inverter: ang mga distributed inverters ay angkop para sa mga building-integrated projects, samantalang ang mga centralized inverters ang pinili para sa mga desert photovoltaic power stations (upang makamit ang optimal na efficiency ng power generation sa pamamagitan ng centralized Maximum Power Point Tracking - MPPT sa ilalim ng uniform na illumination).
Gayunpaman, hindi palaging benepisyoso ang pagkaroon ng mas maraming strings o mas malaking kapasidad ng inverter—ang layo ng cable, voltage drop, at cost-performance ay kailangan isipin. Kaya, ang haba ng mga cable mula sa strings hanggang sa combiner boxes hanggang sa mga inverter at ang mga lugar ng photovoltaic blocks ay nadetermina ng investment-return ratios. Para sa ekonomiko na optimisasyon, ang kapasidad ng mga centralized inverter ay tipikal na nasa 500 kW hanggang 630 kW.
Ang mga grid-connected photovoltaic power stations ay pangunahing sumusunod sa tatlong pangunahing circuit scheme (tulad ng ipinapakita sa Figure 1). Ang single-string scheme (may step-up transformers) ay simple ngunit nangangailangan ng maraming transformers. Ang large-unit scheme (na may step-up transformers) ang mainstream na disenyo, na epektibong nabalanse ang cost at efficiency.
Ang papel na ito ay nag-uudyok ng mga benepisyo ng paggamit ng split-winding transformers para sa expanded-unit wiring. Sa paghahambing sa mga ordinaryong double-winding transformers, bawat phase ng double-split winding transformer ay binubuo ng isang high-voltage winding at dalawang low-voltage windings. Ang mga low-voltage windings ay may parehong voltage at kapasidad ngunit may kaunti lang na magnetic coupling sa pagitan nila, tulad ng ipinapakita sa Figure 2.
Ang transformer na ito tipikal na may tatlong mode ng operasyon: through operation, half-through operation, at split operation. Kapag ang ilang sangay ng split winding ay parallel na naging isang kabuuang low-voltage winding upang mag-operate laban sa high-voltage winding, ito ay tinatawag na through operation, at ang short-circuit impedance ng transformer ay tinatawag na through impedance X1 - 2. Kapag ang isang sangay ng low-voltage split winding ay nag-operate laban sa high-voltage winding, ito ay tinatawag na half-through operation, at ang short-circuit impedance ay tinatawag na half-through impedance X1 - 2'. Kapag ang isang sangay ng split winding ay nag-operate laban sa ibang sangay, ito ay tinatawag na split operation, at ang short-circuit impedance ay tinatawag na split impedance X2 - 2'.
2 Mga Benepisyo ng Split-Winding Transformers
Para sa mas madaling talakayan, ang teknikal na mga parameter ng mga mature products ay sinisipi para sa kwantitatibong paghahambing sa mga ordinaryong double-winding transformers. Tignan natin ang isang 2500 kVA split-winding transformer: 37 ± 2×2.5% / 0.36 kV / 0.36 kV, 50 Hz, short-circuit reactance percentage 6.5%, full-through reactance percentage 6.5%, half-through reactance percentage 11.7%, split coefficient < 3.6%.Ang mga kalkulasyon ay nagbibigay:
Full-through reactance: X1 - 2 = X1 + X2 // X2
Half-through reactance: X1 - 2' = X1 + X2
Per-unit values:
High-voltage side branch reactance:
Low-voltage side branch reactance:
2.1 Paggamit ng Short-Circuit Current
Kapag ang short circuit ay nangyari sa d1 sa Figure 2, ang short-circuit current ay may tatlong komponente: mula sa sistema (high-voltage side, may non-decaying periodic components), non-fault branch I''p1, at fault branch I''p2. Para sa low-voltage circuit breaker sa fault branch, ang breaking capacity nito ay isinasama ang sum ng system at non-fault branch currents.Kapag gumagamit ng split-winding transformer:
System-supplied short-circuit current:
Inverter-type distributed power short-circuit current ay 2–4 beses ang rated current (duration 1.2–5 ms, 0.06–0.25 cycles), at ang non-fault branch current ay ~4 kA.Sa isang ordinaryong double-winding transformer (para sa comparability, assume uk% = 6.5, pareho sa full-through reactance percentage ng split-winding transformer uk1 - 2%:
Ang per-unit reactance ay：
Ang system-supplied short-circuit current ay：
kasama ang dagdag na kontribusyon mula sa non-fault branches.Nararanasan, ang paggamit ng split-winding transformers para sa expanded-unit wiring ay siyentipikong nagbabawas sa breaking-capacity requirement para sa low-voltage side branch circuit breakers.
Assume na ang parameters ng mga parallel modules ay ganap na pareho at ang MPPT control parameters ng mga inverter ay pareho. Kaya, C1 = C2 = C, L1 = L2 = L, at ang inductor current ng bawat inverter ay:
Nararanasan na ang inductor current ng bawat inverter ay binubuo ng dalawang bahagi: Ang una ay ang load current, na pareho para sa parehong inverter; ang ikalawa ay ang circulating current, na may kaugnayan sa amplitude, phase, at frequency differences ng output voltages ng mga inverter.
Sa kasalukuyan, ang pangunahing kontrol logic para sa mga inverter sa PV power stations ay ang Maximum Power Point Tracking (MPPT). Ang mga solar cell modules ay may internal at external resistances. Kapag ang MPPT control ay ginawa ang mga resistances na ito na pantay sa isang tiyak na oras, ang PV module ay nag-ooperate sa maximum power point. Bilang halimbawa, ang active power P1 at reactive power Q1 output ng Inverter 1 ay:
2.3 Pagsasustina ng Voltage ng Non-Fault Branches
Bilang halimbawa, ang photovoltaic power stations ay karaniwang gumagamit ng centralized inverter-transformer layout, at ang cable impedance sa pagitan ng inverter at transformer ay negligible. Sa isang ordinaryong double-winding transformer, ang voltage ng non-fault branch ay bumababa sa zero potential. Sa kasong ito, ang relay protection ay karaniwang ginagamit upang i-delay ang operasyon ng non-fault branch circuit breaker upang bawasan ang saklaw ng pag-alis ng fault. Gayunpaman, ang paraan na ito ay maaaring hindi sumunod sa mga requirement ng proteksyon para sa photovoltaic power stations. Kung ang removal time ng fault branch ay lumampas sa low-voltage ride-through capability ng inverter, ang non-fault branch ay mapipilitang idiskonekta mula sa grid, na nagdudulot ng panganib ng paglaki ng saklaw ng fault.
Sa isang split-winding transformer, dahil sa pagkakaroon ng split impedance, ang short-circuit current na ibinibigay ng sistema ay katumbas ng pag-operate sa half-through mode ng split-winding transformer. Ang short-circuit current na ibinibigay ng non-fault branch inverter ay katumbas ng split operation mode ng split-winding transformer. Sa oras ng short-circuit, ang output voltage U''2 ng non-fault branch inverter ay I''s × X'2+ I''p2× (X''2 + X'''2). Dahil ang high-voltage side ay isang walang hanggang sistema, ayon sa naunang talakayan, I''s ay mas malaki kaysa sa I''p2. Kaya, ang unang bahagi I''s × X'2 ay hindi nababawasan at mas malaki kaysa sa pangalawang bahagi I''p2 × (X''2 + X'''2).
Ang mga kalkulasyon ay nagpapakita na . Ang output voltage ng non-fault branch inverter ay maaaring matustos na hindi bababa sa 0.5Un. Ayon sa low-voltage ride-through requirements ng photovoltaic power
station, ang removal time ay mas malaki kaysa 1 s (50 cycles). Kaya, ang expanded-unit wiring sa split-winding transformers ay maasahan na sumasang-ayon sa requirement na ang non-fault branch ay hindi idiskonekta mula sa grid sa loob ng removal time ng fault branch circuit breaker.
3 Conclusion
Ang mga split-winding transformers ay malaganap na ginagamit sa inhenyeriya, lalo na angkop para sa grid-connected photovoltaic power stations. Tulad ng ipinag-usapan sa itaas, ang kanilang mga benepisyo ay pangunahing nakatuon sa pagbabawas ng short-circuit current, paghahadlang sa operating circulating current, at pagsasustina ng voltage ng non-fault branches. Batay sa mga halimbawa ng disenyo ng inhenyeriya, ang papel na ito ay nagbibigay ng teoretikal na analisis ng kanilang mga application advantages sa photovoltaic power stations, nagbibigay ng tiyak na guiding significance para sa pagpili ng mga form ng wiring at equipment sa mga grid-connected photovoltaic power station projects.
