グリッド接続型太陽光発電所における分裂巻線トランスフォーマーの利点は何ですか
太陽エネルギーは、清潔で再生可能なエネルギー源であり、中国で支持されている主要な新エネルギーの一つです。理論的な予備量（年間17,000億トンの標準石炭換算）が豊富で、非常に大きな発展の可能性を持っています。かつては主に遠隔地でのオフグリッド運用が中心だった太陽光発電は、現在ではビル一体型太陽光発電や大規模砂漠ベースのグリッド接続プロジェクトへと急速に進化しています。
本稿では、理論的分析とエンジニアリング事例を通じて、グリッド接続太陽光発電所における分裂巻線変圧器を解析します。
1 グリッド接続太陽光発電所の主回路の特徴
太陽光発電所の主回路は、インバータの配置と密接に関連しています：分散型インバータはビル一体型プロジェクトに適しており、一方、集中型インバータは砂漠太陽光発電所（均一な照度下で中央集約型最大出力点追跡 - MPPTにより最適な発電効率を達成するため）に好まれています。
しかし、より多くのストリングを持つことや容量の大きいインバータを持つことは必ずしも有益ではありません—ケーブル距離、電圧降下、コストパフォーマンスなどを考慮する必要があります。そのため、ストリングからコンビナーボックス、そしてインバータまでのケーブル長と太陽光パネルブロックの面積は投資収益率によって決定されます。経済最適化のために、集中型インバータの容量は通常500 kWから630 kWの範囲となります。
グリッド接続太陽光発電所は主に3つの主回路方式（図1参照）を採用しています。単一ストリング方式（昇圧変圧器を使用）はシンプルですが、多くの変圧器が必要です。大型ユニット方式（昇圧変圧器を組み込む）は主流の設計で、コストと効率を効果的にバランスさせています。
本稿では、拡張ユニット配線に分裂巻線変圧器を使用する利点について議論します。普通の二巻線変圧器と比較して、二重分裂巻線変圧器の各相は高電圧巻線1つと低電圧巻線2つで構成されています。低電圧巻線は同じ電圧と容量を持っていますが、それらの間に磁気結合は弱く、図2に示すように見えます。
この変圧器は通常、3つの動作モードがあります：直列動作、半直列動作、分裂動作。分裂巻線のいくつかの枝線が合体して全体の低電圧巻線として高電圧巻線に対して動作する場合、これを直列動作と呼び、変圧器の短絡インピーダンスを直列インピーダンスX1 - 2.と呼びます。低電圧分裂巻線の1つの枝線が高電圧巻線に対して動作する場合、これを半直列動作と呼び、短絡インピーダンスを半直列インピーダンスX1 - 2'と呼びます。分裂巻線の1つの枝線が他の枝線に対して動作する場合、これを分裂動作と呼び、短絡インピーダンスを分裂インピーダンスX2 - 2'.と呼びます。
2 分裂巻線変圧器の利点
議論を容易にするために、成熟した製品の技術パラメータを引用し、普通の二巻線変圧器との定量的な比較を行います。2500 kVAの分裂巻線変圧器を取り上げると：37 ± 2×2.5% / 0.36 kV / 0.36 kV, 50 Hz, 短絡リアクトアンス率6.5%, 全直列リアクトアンス率6.5%, 半直列リアクトアンス率11.7%, 分裂係数<3.6%。計算すると：
全直列リアクトアンス: X1 - 2 = X1 + X2 // X2
半直列リアクトアンス: X1 - 2' = X1 + X2
単位値:
高電圧側枝線リアクトアンス:
低電圧側枝線リアクトアンス:
2.1 短絡電流の削減
図2のd1で短絡が発生した場合、短絡電流には3つの成分があります：システム（高電圧側、非減衰周期成分を含む）、非故障枝線I''p1、および故障枝線I''p2。故障枝線の低電圧回路ブレーカーの切断容量は、システムと非故障枝線の電流の合計を考慮します。分裂巻線変圧器を使用すると：
システム供給短絡電流:
インバータ型分散電源の短絡電流は定格電流の2〜4倍（持続時間1.2〜5 ms, 0.06〜0.25サイクル）であり、非故障枝線の電流は約4 kAです。普通の二巻線変圧器（比較のためにuk% = 6.5, 分裂巻線変圧器の全直列リアクトアンス率uk1 - 2%と同じと仮定）の場合：
単位リアクトアンスは：
システム供給短絡電流は：
非故障枝線からの追加の貢献が含まれます。明らかに、拡張ユニット配線に分裂巻線変圧器を使用することで、低電圧側枝線ブレーカーの切断容量要件が大幅に削減されます。
並列モジュールのパラメータが完全に同じであり、インバータのMPPT制御パラメータが同じであると仮定すると、C1 = C2 = C, L1 = L2 = Lとなり、各インバータのリアクトル電流は次のようになります：
各インバータのリアクトル電流は2つの部分から構成されています：第1は負荷電流で、両インバータで同じです；第2は循環電流で、インバータの出力電圧の振幅、位相、周波数の違いに関連しています。
現在、PV発電所のインバータの主な制御ロジックは最大出力点追跡（MPPT）です。太陽電池モジュールには内部抵抗と外部抵抗があります。MPPT制御によりこれらの抵抗が一定の瞬間に等しくなると、PVモジュールは最大出力点で動作します。図3を例にとると、インバータ1が出力する有効電力P1と無効電力Q1は次のようになります：
2.3 非故障枝線の電圧維持
図2と図3を例にとると、太陽光発電所は通常、集中型インバータ-変圧器レイアウトを採用し、インバータと変圧器間のケーブルインピーダンスは無視できるほど小さいです。普通の二巻線変圧器を使用すると、非故障枝線の電圧はゼロポテンシャルに低下します。この場合、リレー保護は一般に非故障枝線ブレーカーの動作を遅らせることで故障除去範囲を減らします。しかし、この方法は太陽光発電所の保護要件を満たさないことがあります。故障枝線の除去時間がインバータの低電圧通過能力を超える場合、非故障枝線は強制的にグリッドから切断され、故障範囲が拡大するリスクが増加します。
分裂巻線変圧器を使用すると、分裂インピーダンスの存在により、システムが供給する短絡電流は分裂巻線変圧器の半直列動作モードに相当します。非故障枝線インバータが供給する短絡電流は分裂巻線変圧器の分裂動作モードに相当します。短絡時、非故障枝線インバータの出力電圧U''2はI''s × X'2+ I''p2× (X''2 + X'''2)となります。高電圧側が無限大のシステムであるため、前述の議論によれば、I''sはI''p2よりもはるかに大きく、したがって第1部I''s × X'2は非減衰で第2部I''p2 × (X''2 + X'''2)よりも大きいです。
計算結果によれば、U''s > I''s × X'2 = 185 Vです。非故障枝線インバータの出力電圧は少なくとも0.5Un程度に維持できます。太陽光発電所の低電圧通過要件によれば、故障枝線の除去時間が1秒以上（50サイクル）であれば、分裂巻線変圧器を使用した拡張ユニット配線は、非故障枝線が故障枝線ブレーカーの除去時間内にグリッドから切断されないという要件を確実に満たすことができます。
3 結論
分裂巻線変圧器はエンジニアリングで広く使用されており、特にグリッド接続太陽光発電所に適しています。上記の議論によれば、その利点は主に短絡電流の削減、運転循環電流の制限、非故障枝線の電圧維持にあります。本稿では、工程設計の事例に基づいて、太陽光発電所における分裂巻線変圧器の応用利点を理論的に解析し、グリッド接続太陽光発電所プロジェクトにおける配線形式と設備選択に関する一定の指針を提供します。
