그리드 연결형 태양광 발전소에서 분할 감속 변압기의 장점은 무엇인가요
태양광 에너지는 청정하고 재생 가능한 에너지 원으로 중국에서 주요 신에너지로 지원되고 있습니다. 이는 풍부한 이론적 저장량(연간 17,000억 톤의 표준 석탄 환산)과 막대한 개발 잠재력을 가지고 있습니다. 과거에는 주로 원격 지역에서 오프그리드로 운영되던 태양광 발전이 이제는 건물 통합형 태양광 및 대규모 사막 기반 그리드 연결 프로젝트로 빠르게 진화하고 있습니다.
본 논문은 이론적 분석과 공학 사례를 통해 그리드 연결 태양광 발전소의 분할 감속 변압기에 대해 분석합니다.
1 그리드 연결 태양광 발전소의 주 회로 특징
태양광 발전소의 주 회로는 인버터 배치와 밀접하게 관련되어 있습니다. 분산형 인버터는 건물 통합 프로젝트에 적합하며, 집중형 인버터는 사막 태양광 발전소에서 (균일한 조명을 통한 집중형 최대 전력 추적 - MPPT를 통해 최적의 발전 효율을 달성하기 위해) 선호됩니다.
그러나 더 많은 스트링이나 더 큰 용량의 인버터가 항상 유익한 것은 아닙니다. 케이블 거리, 전압 강하 및 비용 대비 성능을 고려해야 합니다. 따라서 스트링에서 컴바인 박스, 인버터까지의 케이블 길이와 태양광 블록의 면적은 투자 수익률에 따라 결정됩니다. 경제적 최적화를 위해서는 집중형 인버터의 용량은 일반적으로 500 kW에서 630 kW 사이입니다.
그리드 연결 태양광 발전소는 주로 세 가지 주 회로 방안(도 1 참조)을 채택합니다. 단일 스트링 방안(증폭 변압기를 사용)은 간단하지만 많은 수의 변압기가 필요합니다. 대형 유닛 방안(증폭 변압기를 포함)은 비용과 효율성을 효과적으로 균형잡아 주류 설계입니다.
본 논문은 확장 유닛 배선을 위한 분할 감속 변압기의 장점을 논의합니다. 일반적인 이중 감속 변압기와 비교하여, 이중 분할 감속 변압기의 각 상은 하나의 고전압 감속과 두 개의 저전압 감속으로 구성됩니다. 저전압 감속은 동일한 전압과 용량을 가집니다만, 그들 사이의 자기 결합은 매우 약합니다(도 2 참조).
이 변압기는 일반적으로 세 가지 운전 모드가 있습니다: 통과 운전, 반통과 운전, 분할 운전. 분할 감속의 여러 가지 브랜치가 전체 저전압 감속으로 병렬 연결되어 고전압 감속과 함께 운전될 때 이를 통과 운전이라고 하며, 변압기의 단락 임피던스를 통과 임피던스 X1 - 2.라고 합니다. 저전압 분할 감속의 한 브랜치가 고전압 감속과 함께 운전될 때 이를 반통과 운전이라고 하며, 단락 임피던스를 반통과 임피던스 X1 - 2'라고 합니다. 분할 감속의 한 브랜치가 다른 브랜치와 함께 운전될 때 이를 분할 운전이라고 하며, 단락 임피던스를 분할 임피던스 X2 - 2'.라고 합니다.
2 분할 감속 변압기의 장점
논의를 쉽게 하기 위해, 기술적으로 성숙한 제품의 파라미터를 인용하여 일반적인 이중 감속 변압기와 양적으로 비교합니다. 2500 kVA 분할 감속 변압기를 예로 들어보겠습니다: 37 ± 2×2.5% / 0.36 kV / 0.36 kV, 50 Hz, 단락 리액턴스 퍼센트 6.5%, 전체 통과 리액턴스 퍼센트 6.5%, 반통과 리액턴스 퍼센트 11.7%, 분할 계수 < 3.6%. 계산 결과는 다음과 같습니다:
전체 통과 리액턴스: X1 - 2 = X1 + X2 // X2
반통과 리액턴스: X1 - 2' = X1 + X2
단위 값:
고전압 측 브랜치 리액턴스:
저전압 측 브랜치 리액턴스:
2.1 단락 전류 감소
도 2에서 d1에서 단락이 발생할 때, 단락 전류는 세 가지 구성 요소를 가집니다: 시스템(고전압 측, 비감소 주기적 구성 요소), 비고장 브랜치 I''p1, 고장 브랜치 I''p2. 고장 브랜치의 저전압 회로 차단기는 시스템과 비고장 브랜치 전류의 합을 고려합니다. 분할 감속 변압기를 사용하면:
시스템에서 공급되는 단락 전류:
인버터형 분산 전력의 단락 전류는 정격 전류의 2-4배이며(지속 시간 1.2-5ms, 0.06-0.25주기), 비고장 브랜치 전류는 약 4kA입니다. 일반적인 이중 감속 변압기(비교를 위해 uk% = 6.5, 분할 감속 변압기의 전체 통과 리액턴스 퍼센트 uk1 - 2%와 동일하다고 가정):
단위 리액턴스는：
시스템에서 공급되는 단락 전류는：
비고장 브랜치의 추가 기여가 있습니다. 분명히, 분할 감속 변압기를 사용하여 확장 유닛 배선을 수행하면 저전압 측 브랜치 회로 차단기의 차단 용량 요구사항을 크게 줄일 수 있습니다.
병렬 모듈의 매개변수가 완전히 동일하고 인버터의 MPPT 제어 매개변수가 동일하다고 가정합니다. 그러면 C1 = C2 = C, L1 = L2 = L, 각 인버터의 인덕터 전류는:
각 인버터의 인덕터 전류는 두 부분으로 구성됩니다. 첫째는 부하 전류로, 두 인버터 모두 동일합니다. 둘째는 순환 전류로, 인버터의 출력 전압의 크기, 위상, 주파수 차이와 관련이 있습니다.
현재 태양광 발전소의 인버터 주요 제어 논리는 최대 전력점 추적(MPPT)입니다. 태양전지 모듈은 내부 및 외부 저항을 가지고 있습니다. MPPT 제어가 특정 순간에 이러한 저항을 같게 만들면, 태양전지 모듈은 최대 전력점에서 작동합니다. 도 3을 예로 들면, 인버터 1이 출력하는 유효 전력 P1과 무효 전력 Q1는 다음과 같습니다:
2.3 비고장 브랜치의 전압 유지
도 2와 도 3을 예로 들면, 태양광 발전소는 일반적으로 집중형 인버터-변압기 배치를 채택하며, 인버터와 변압기 사이의 케이블 임피던스는 무시할 수 있습니다. 일반적인 이중 감속 변압기를 사용할 때, 비고장 브랜치의 전압은 영 전압으로 떨어집니다. 이 경우, 보호 중계기 보호를 사용하여 비고장 브랜치 회로 차단기의 작동을 지연시켜 고장 제거 범위를 줄이는 것이 일반적입니다. 그러나 이 방법은 태양광 발전소의 보호 요구 사항을 충족하지 못할 수 있습니다. 만약 고장 브랜치의 제거 시간이 인버터의 저전압 관통 능력을 초과하면, 비고장 브랜치는 그리드에서 강제로 분리되어 고장 범위가 확대될 위험이 증가합니다.
분할 감속 변압기를 사용하면, 분할 임피던스의 존재로 인해 시스템에서 제공하는 단락 전류는 분할 감속 변압기의 반통과 모드에서 작동하는 것과 동등합니다. 비고장 브랜치 인버터에서 공급되는 단락 전류는 분할 감속 변압기의 분할 모드에서 작동하는 것과 동등합니다. 단락 발생 시, 비고장 브랜치 인버터의 출력 전압 U''2는 I''s × X'2 + I''p2 × (X''2 + X'''2)입니다. 고전압 측이 무한한 시스템이므로, 앞서 논의한 바와 같이 I''s는 I''p2보다 훨씬 큽니다. 따라서 첫 번째 부분 I''s × X'2는 감소하지 않고, 두 번째 부분 I''p2 × (X''2 + X'''2)보다 큽니다.
계산 결과 임을 알 수 있습니다. 비고장 브랜치 인버터의 출력 전압은 최소한 약 0.5Un 이상 유지될 수 있습니다. 태양광 발전소의 저전압 관통 요구 사항에 따르면, 제거 시간은 1초(50주기) 이상입니다. 따라서 분할 감속 변압기를 사용한 확장 유닛 배선은 고장 브랜치 회로 차단기의 제거 시간 내에 비고장 브랜치가 그리드에서 분리되지 않는 요구 사항을 안정적으로 충족할 수 있습니다.
3 결론
분할 감속 변압기는 공학적으로 널리 사용되며, 특히 그리드 연결 태양광 발전소에 적합합니다. 위에서 논의한 바와 같이, 그들의 장점은 주로 단락 전류 감소, 운전 순환 전류 제한, 그리고 비고장 브랜치의 전압 유지에 있습니다. 본 논문은 공학 설계 사례를 기반으로 태양광 발전소에서의 분할 감속 변압기의 응용 장점을 이론적으로 분석하여, 그리드 연결 태양광 발전소 프로젝트에서의 배선 형태와 장비 선택에 일정한 지침을 제공합니다.
