ग्रिड-संयुक्त प्रकाशविद्युत विद्युत स्टेशनों में विभाजित वाइंडिंग ट्रांसफॉर्मर्स के क्या फायदे हैं

सौर ऊर्जा, एक साफ और नवीनीकृत ऊर्जा स्रोत, चीन में समर्थित एक प्रमुख नई ऊर्जा है। इसके समृद्ध सैद्धांतिक आरक्ष (प्रति वर्ष 17,000 बिलियन टन मानक कोयला समतुल्य) और विशाल विकास की क्षमता है। फोटोवोल्टेक प्रदर्शन, जो पहले मुख्य रूप से दूर-दूर क्षेत्रों में ऑफ-ग्रिड संचालन करता था, अब तेजी से भवन-समाहित फोटोवोल्टेक और बड़े पैमाने पर मरुभूमि-आधारित ग्रिड-संलग्न परियोजनाओं की ओर बढ़ रहा है।

यह शोधपत्र थ्योरिटिकल विश्लेषण और इंजीनियरिंग मामलों के माध्यम से ग्रिड-संलग्न फोटोवोल्टेक पावर स्टेशनों में स्प्लिट-वाइंडिंग ट्रांसफार्मर्स का विश्लेषण करता है।

1 ग्रिड-संलग्न फोटोवोल्टेक पावर स्टेशनों की मुख्य सर्किट विशेषताएं

फोटोवोल्टेक पावर स्टेशनों का मुख्य सर्किट इनवर्टर लेआउट्स से घनिष्ठ रूप से संबंधित है: वितरित इनवर्टर भवन-समाहित परियोजनाओं के लिए उपयुक्त हैं, जबकि मरुभूमि फोटोवोल्टेक पावर स्टेशनों (समान रोशनी के तहत इष्टतम विद्युत उत्पादन दक्षता प्राप्त करने के लिए एकत्रीकृत MPPT - अधिकतम शक्ति बिंदु ट्रैकिंग) के लिए एकत्रीकृत इनवर्टर पसंद किए जाते हैं।

हालांकि, अधिक स्ट्रिंग्स या बड़े-क्षमता इनवर्टर हमेशा लाभदायक नहीं होते - केबल की दूरी, वोल्टेज गिरावट, और लागत-दक्षता को ध्यान में रखना चाहिए। इसलिए, स्ट्रिंग्स से कंबाइनर बक्स तक और फिर इनवर्टर तक की केबल की लंबाई और फोटोवोल्टेक ब्लॉकों के क्षेत्र निवेश-प्रतिफल अनुपात द्वारा निर्धारित किए जाते हैं। आर्थिक अनुकूलन के लिए, एकत्रीकृत इनवर्टरों की क्षमता आमतौर पर 500 kW से 630 kW के बीच होती है।

ग्रिड-संलग्न फोटोवोल्टेक पावर स्टेशनों मुख्य रूप से तीन मुख्य सर्किट योजनाओं (चित्र 1 में दिखाया गया है) का उपयोग करते हैं। एकल-स्ट्रिंग योजना (स्टेप-अप ट्रांसफार्मरों के साथ) सरल है लेकिन ट्रांसफार्मरों की एक बड़ी संख्या की आवश्यकता होती है। बड़ी इकाइयों की योजना (स्टेप-अप ट्रांसफार्मरों को शामिल करती है) मुख्यधारा डिजाइन है, जो लागत और दक्षता को प्रभावी रूप से संतुलित करती है।

यह शोधपत्र विस्तारित इकाइयों के तार लेआउट के लिए स्प्लिट-वाइंडिंग ट्रांसफार्मर्स का उपयोग करने के लाभों पर चर्चा करता है। सामान्य डबल-वाइंडिंग ट्रांसफार्मरों की तुलना में, डबल-स्प्लिट वाइंडिंग ट्रांसफार्मर के प्रत्येक फेज में एक उच्च-वोल्टेज वाइंडिंग और दो निम्न-वोल्टेज वाइंडिंग होती हैं। निम्न-वोल्टेज वाइंडिंग्स का वोल्टेज और क्षमता समान होता है, लेकिन उनके बीच केवल कमजोर चुंबकीय कपलिंग होती है, जैसा कि चित्र 2 में दिखाया गया है।

इस ट्रांसफार्मर के आमतौर पर तीन संचालन मोड होते हैं: थ्रू संचालन, हाफ-थ्रू संचालन, और स्प्लिट संचालन। जब स्प्लिट वाइंडिंग की कई शाखाएँ एक कुल निम्न-वोल्टेज वाइंडिंग में समानांतर की जाती हैं और उच्च-वोल्टेज वाइंडिंग के विरुद्ध संचालित होती हैं, तो इसे थ्रू संचालन कहा जाता है, और ट्रांसफार्मर का शॉर्ट-सर्किट इम्पीडेंस थ्रू इम्पीडेंस X_{1 - 2.} कहलाता है। जब निम्न-वोल्टेज स्प्लिट वाइंडिंग की एक शाखा उच्च-वोल्टेज वाइंडिंग के विरुद्ध संचालित होती है, तो इसे हाफ-थ्रू संचालन कहा जाता है, और शॉर्ट-सर्किट इम्पीडेंस को हाफ-थ्रू इम्पीडेंस X_{1 - 2'} कहा जाता है। जब स्प्लिट वाइंडिंग की एक शाखा दूसरी शाखा के विरुद्ध संचालित होती है, तो इसे स्प्लिट संचालन कहा जाता है, और शॉर्ट-सर्किट इम्पीडेंस को स्प्लिट इम्पीडेंस X_{2 - 2'}. कहा जाता है।

2 स्प्लिट-वाइंडिंग ट्रांसफार्मर्स के लाभ

सरल चर्चा के लिए, परिपक्व उत्पादों के तकनीकी पैरामीटरों का उद्धरण किया जाता है ताकि सामान्य डबल-वाइंडिंग ट्रांसफार्मर्स के साथ मात्रात्मक तुलना की जा सके। एक 2500 kVA स्प्लिट-वाइंडिंग ट्रांसफार्मर लें: 37 &plusmn; 2&times;2.5% / 0.36 kV / 0.36 kV, 50 Hz, शॉर्ट-सर्किट रिएक्टेंस प्रतिशत 6.5%, फुल-थ्रू रिएक्टेंस प्रतिशत 6.5%, हाफ-थ्रू रिएक्टेंस प्रतिशत 11.7%, स्प्लिट गुणांक < 3.6%। गणनाएँ देती हैं:

फुल-थ्रू रिएक्टेंस: X_{1 - 2} = X₁ + X₂ // X₂

हाफ-थ्रू रिएक्टेंस: X_{1 - 2'} = X₁ + X₂   

पर-यूनिट मान:

उच्च-वोल्टेज पक्ष शाखा रिएक्टेंस:

निम्न-वोल्टेज पक्ष शाखा रिएक्टेंस:

2.1 शॉर्ट-सर्किट धारा को कम करना

चित्र 2 में d₁ पर शॉर्ट-सर्किट के दौरान, शॉर्ट-सर्किट धारा के तीन घटक होते हैं: प्रणाली से (उच्च-वोल्टेज पक्ष, गैर-क्षयी आवर्ती घटकों के साथ), गैर-फालतू शाखा I''_p1, और फालतू शाखा I''_p2। गैर-फालतू शाखा के लिए निम्न-वोल्टेज सर्किट ब्रेकर की ट्रिपिंग क्षमता प्रणाली और गैर-फालतू शाखा की धाराओं के योग को ध्यान में रखती है। स्प्लिट-वाइंडिंग ट्रांसफार्मर के साथ:

प्रणाली द्वारा प्रदान की गई शॉर्ट-सर्किट धारा:

इनवर्टर-प्रकार वितरित शक्ति की शॉर्ट-सर्किट धारा नामित धारा का 2-4 गुना होती है (समयावधि 1.2-5 ms, 0.06-0.25 चक्र), और गैर-फालतू शाखा धारा ~4 kA होती है। एक सामान्य डबल-वाइंडिंग ट्रांसफार्मर के लिए (तुलना के लिए, मान लें u_k% = 6.5, स्प्लिट-वाइंडिंग ट्रांसफार्मर के फुल-थ्रू रिएक्टेंस प्रतिशत u_{k1 - 2%} के समान:

पर-यूनिट रिएक्टेंस है：

प्रणाली द्वारा प्रदान की गई शॉर्ट-सर्किट धारा है：

गैर-फालतू शाखाओं से अतिरिक्त योगदान। स्पष्ट रूप से, विस्तारित इकाइयों के लिए तार लेआउट के लिए स्प्लिट-वाइंडिंग ट्रांसफार्मर्स का उपयोग निम्न-वोल्टेज पक्ष शाखा सर्किट ब्रेकरों की ट्रिपिंग क्षमता की आवश्यकता को महत्वपूर्ण रूप से कम करता है।

मान लें कि समानांतर मॉड्यूलों के पैरामीटर पूरी तरह से समान हैं और इनवर्टरों के MPPT नियंत्रण पैरामीटर समान हैं। तब, C₁ = C₂ = C, L₁ = L₂ = L, और प्रत्येक इनवर्टर की इंडक्टर धारा है:

देखा जा सकता है कि प्रत्येक इनवर्टर की इंडक्टर धारा दो भागों से मिलकर बनी है: पहला लोड धारा है, जो दोनों इनवर्टरों के लिए समान है; दूसरा विपरीत धारा, जो इनवर्टरों के आउटपुट वोल्टेज के एम्प्लीट्यूड, फेज, और आवृत्ति के अंतर पर निर्भर करता है।

वर्तमान में, PV पावर स्टेशनों में इनवर्टरों के मुख्य नियंत्रण तर्क अधिकतम शक्ति बिंदु ट्रैकिंग (MPPT) है। सौर सेल मॉड्यूलों में आंतरिक और बाहरी प्रतिरोध होते हैं। जब MPPT नियंत्रण इन प्रतिरोधों को किसी एक समय पर बराबर करता है, तो PV मॉड्यूल अधिकतम शक्ति बिंदु पर संचालित होता है। चित्र 3 के उदाहरण से, इनवर्टर 1 द्वारा आउटपुट की गई सक्रिय शक्ति P₁ और असक्रिय शक्ति Q₁ हैं:

2.3 गैर-फालतू शाखाओं का वोल्टेज बनाए रखना

चित्र 2 और 3 के उदाहरण लें, फोटोवोल्टेक पावर स्टेशन आमतौर पर एकत्रीकृत इनवर्टर-ट्रांसफार्मर लेआउट का उपयोग करते हैं, और इनवर्टर और ट्रांसफार्मर के बीच की केबल इम्पीडेंस नगण्य होती है। एक सामान्य डबल-वाइंडिंग ट्रांसफार्मर के साथ, गैर-फालतू शाखा का वोल्टेज शून्य विभव तक गिर जाता है। इस मामले में, सामान्य रूप से रिले सुरक्षा का उपयोग किया जाता है ताकि गैर-फालतू शाखा सर्किट ब्रेकर के संचालन को देरी से किया जा सके और फालतू हटाने की रेंज को कम किया जा सके। हालांकि, यह विधि फोटोवोल्टेक पावर स्टेशनों की सुरक्षा की आवश्यकताओं को पूरा नहीं कर सकती। यदि फालतू शाखा को हटाने का समय इनवर्टर की निम्न-वोल्टेज राइड-थ्रू क्षमता से अधिक होता है, तो गैर-फालतू शाखा को ग्रिड से अलग करना पड़ता है, जिससे फालतू की रेंज बढ़ने का खतरा बढ़ जाता है।

स्प्लिट-वाइंडिंग ट्रांसफार्मर के साथ, स्प्लिट इम्पीडेंस के अस्तित्व के कारण, प्रणाली द्वारा प्रदान की गई शॉर्ट-सर्किट धारा स्प्लिट-वाइंडिंग ट्रांसफार्मर के हाफ-थ्रू मोड में संचालन के समान होती है। गैर-फालतू शाखा इनवर्टर द्वारा प्रदान की गई शॉर्ट-सर्किट धारा स्प्लिट-वाइंडिंग ट्रांसफार्मर के स्प्लिट संचालन मोड के समान होती है। शॉर्ट-सर्किट के समय, गैर-फालतू शाखा इनवर्टर का आउटपुट वोल्टेज U''₂ है