Kādi ir priekšrocības sadalītā vijuma transformatoru izmantošanai tīkuma savienotajos fotovoltaisko elektrostaciju?
Saules enerģija, kā tīra un atjaunojama enerģijas avots, ir viens no galvenajiem jaunajiem enerģijas avotiem, ko Ķīna atbalsta. Tās teorētiskie resursi (17 000 miljardi tonnu standarta uglīka ekvivalenta gadā) un lielisks attīstības potenciāls ir ievērojami. Fotovoltaiskā elektroenerģijas ražošana, kas iepriekš galvenokārt darbotās izolēti no tīkuma attālās teritorijās, tagad strauji attīstās virzienā uz būvju integrētu fotovoltaiku un lielapjoma tuksnešu tīkuma savienojumu projektiem.
Šajā rakstā tiek analizēti sadalītās vikšanas transformatori tīkuma savienojuma fotovoltaisko elektrostaciju kontekstā, pamatojoties uz teorētisko analīzi un inženierzinātniskiem piemēriem.
1 Galvenās tīkuma savienojuma fotovoltaisko elektrostaciju elektriskās shēmas īpašības
Fotovoltaisko elektrostaciju galvenās elektriskās shēmas cieši saistītas ar invertoru izmantošanu: dažādu invertoru izmantošana ir piemērota būvju integrētiem projektiem, bet centrālie invertori tiek izmantoti tuksnešu fotovoltaiskajās elektrostacijās (lai sasniegtu optimālo jaudas ražošanas efektivitāti vienmērīgā apgaismojumā, izmantojot centrālo Maksimālās Jaudas Punkta Uzsekošanu - MPPT).
Tomēr, ne vienmēr ir labāk pieaugt virknēm vai palielināt invertoru jaudu — jāņem vērā kabeļu attālums, sprieguma pazemināšanās un izmaksas. Tādēļ, kabeļu garumi no virknēm līdz kombinējošajiem lodītājiem līdz inverteriem un fotovoltaisko bloku laukumi tiek noteikti investīciju atlīdzības koeficientiem. Ekonomiskā optimizācijas dēļ centrālo inverteru jauda parasti ir starp 500 kW un 630 kW.
Tīkuma savienojuma fotovoltaiskās elektrostacijas galvenokārt izmanto trīs galvenās elektriskās shēmas (kā parādīts Attēlā 1). Vienvirziena shēma (ar paaugstinātā sprieguma transformatoriem) ir vienkārša, bet prasa lielu transformatoru skaitu. Lielmoduļa shēma (ar paaugstinātā sprieguma transformatoriem) ir galvenā dizaina shēma, veicinoši līdzsvarojot izmaksas un efektivitāti.
Šajā rakstā tiek apspriesti priekšrocības, izmantojot sadalītās vikšanas transformatorus paplašinātā moduļa shēmā. Salīdzinājumā ar parastiem divvikšanas transformatoriem, katrs fāzes sadalītās vikšanas transformatora fāze sastāv no viena augstsprieguma vikšanas un diviem zemsprieguma vikšanas. Zemsprieguma vikšanas ir ar vienādu spriegumu un jaudu, bet starp tiem ir tikai vāja magnētiskā savstarpējā saite, kā parādīts Attēlā 2.
Šis transformators parasti darbojas trīs režīmos: caurstrāva režīms, puscaurstrāva režīms un sadalītais režīms. Ja dažas sadalītās vikšanas šķīrnes tiek savienotas par kopējo zemsprieguma vikšanu, lai darbotos pret augstsprieguma vikšanu, tas sauc par caurstrāvu, un transformatora īsakopa impedanci sauc par caurstrāvas impedanci X1 - 2. Ja viena zemsprieguma šķīrnes šķīrne darbojas pret augstsprieguma vikšanu, tas sauc par puscaurstrāvu, un īsakopa impedanci sauc par puscaurstrāvas impedanci X1 - 2'. Ja viena šķīrnes šķīrne darbojas pret otru šķīrnes šķīrni, tas sauc par sadalīto režīmu, un īsakopa impedanci sauc par sadalītās impedanci X2 - 2'.
2 Sadalītās vikšanas transformatoru priekšrocības
Lai vieglāk diskutētu, tiek minēti pilnveidotu produktu tehniskie parametri kvantitatīvam salīdzinājumam ar parastiem divvikšanas transformatoriem. Ņemiet 2500 kVA sadalītās vikšanas transformatoru: 37 ± 2×2.5% / 0.36 kV / 0.36 kV, 50 Hz, īsakopa reaktancijas procentuālais skaits 6.5%, pilncaurstrāvas reaktancijas procentuālais skaits 6.5%, puscaurstrāvas reaktancijas procentuālais skaits 11.7%, sadalīšanas koeficients < 3.6%. Aprēķini dāst:
Pilncaurstrāvas reaktancija: X1 - 2 = X1 + X2 // X2
Puscaurstrāvas reaktancija: X1 - 2' = X1 + X2
Vienību vērtības:
Augstsprieguma puses šķīrnes reaktancija:
Zemsprieguma puses šķīrnes reaktancija:
2.1 Īsakopa strāvas samazināšana
Attēlā 2, kad notiek īsakops d1, īsakopa strāva sastāv no trim komponentiem: sistēmas (augstsprieguma puse, ar neatdodamajiem periodiskajiem komponentiem), bezdefektā šķīrnes I''p1, un defektā šķīrnes I''p2. Bezdefektās šķīrnes zemsprieguma slēdziena izšķiede jāņem vērā sistēmas un bezdefektās šķīrnes strāvas summa. Izmantojot sadalītās vikšanas transformatoru:
Sistēmas sniegta īsakopa strāva:
Invertora veida sadalītās jaudas īsakopa strāva ir 2–4 reizes lielāka par nomālo jaudu (ilgums 1.2–5 ms, 0.06–0.25 cikli), un bezdefektās šķīrnes strāva ir aptuveni 4 kA. Parastam divvikšanas transformatoram (salīdzināmībai, pieņemsim uk% = 6.5, tāpat kā pilncaurstrāvas reaktancijas procentuālais skaits sadalītās vikšanas transformatoram uk1 - 2%:
Vienību vērtību reaktancija ir：
Sistēmas sniegta īsakopa strāva ir：
ar papildu ieguldījumu no bezdefektām šķīrnēm. Skaidrs, izmantojot sadalītās vikšanas transformatorus paplašinātā moduļa shēmā, nozīmīgi samazinās zemsprieguma puses šķīrnes slēdziena izšķiedes prasības.
Pieņemsim, ka paralēlos moduļos parametri ir pilnībā vienādi un invertoru MPPT kontrolēšanas parametri ir vienādi. Tad C1 = C2 = C, L1 = L2 = L, un katras invertora induktora strāva ir:
Redzams, ka katras invertora induktora strāva sastāv no diviem daļējiem: Pirmā ir ielādes strāva, kas ir vienāda abiem inverteriem; otrā ir cirkulārā strāva, kas saistīta ar invertoru izvades sprieguma amplitūdu, fāzi un frekvences atšķirībām.
Pašreizējā laikā galvenais inverteru kontroles loģika PV elektrostacijās ir Maksimālā Jaudas Punkta Uzsekošana (MPPT). Saules elementu moduļi ir ar iekšējo un ārējo pretestību. Kad MPPT kontrolēšana padara šīs pretestības vienādas konkrētā brīdī, PV modulis darbojas maksimālas jaudas punktā. Ņemot Attēlu 3 kā piemēru, aktīvā jauda P1 un reaktivā jauda Q1 izvades Inverteris 1 ir:
2.3 Bezdefektās šķīrnes sprieguma uzturēšana
Ņemot Attēlus 2 un 3 kā piemērus, fotovoltaiskās elektrostacijas parasti izmanto centralizētu inverteru-transformatoru izkārtojumu, un invertera un transformatora starpībā esošais kabeļa impedancs ir neliels. Ar parastu divvikšanas transformatoru, bezdefektās šķīrnes spriegums krit no nulles potenciāla. Šajā gadījumā, parasti tiek izmantota relē aizsardzība, lai novēlotu bezdefektās šķīrnes slēdziena darbību, lai samazinātu defekta novēršanas apjomu. Tomēr, šis paņēmiens var nebūt atbilstošs fotovoltaisko elektrostaciju aizsardzības prasībām. Ja defektās šķīrnes noņemšanas laiks pārsniedz invertera zema sprieguma izturēšanas spēju, bezdefektā šķīrne tiks spiesta atvienoties no tīkuma, palielinot defekta izplatīšanās risku.
Ar sadalītās vikšanas transformatoru, tā kā eksistē sadalītā impedanca, sistēmas sniegta īsakopa strāva ir ekvivalenta sadalītās vikšanas transformatora puscaurstrāvas režīmam. Bezdefektās šķīrnes invertora sniegta īsakopa strāva ir ekvivalenta sadalītās vikšanas transformatora sadalītajam režīmam. Īsakopa brīdī, bezdefektās šķīrnes invertora izvades spriegums U''2 ir I''s × X'2+ I''p2× (X''2 + X'''2). Tā kā augstsprieguma puse ir bezgalīga sistēma, saskaņā ar iepriekšējo diskusiju, I''s ir daudz lielāka par I''p2. Tādējādi, pirmā daļa I''s × X'2 nesamazinās un ir lielāka par otro daļu I''p2 × (X''2 + X'''2).
Aprēķini rāda, ka . Bezdefektās šķīrnes invertora izvades spriegums var tikt uzturēts vismaz aptuveni 0.5Un. Saskaņā ar fotovoltaisko elektrostaciju zema sprieguma izturēšanas prasībām, noņemšanas laiks ir lielāks par 1 sekundi (50 cikli). Tādējādi, paplašinātā moduļa shēma ar sadalītās vikšanas transformatoru droši atbilst prasībai, ka bezdefektā šķīrne netiek atvienota no tīkuma defektās šķīrnes slēdziena noņemšanas laikā.
3 Secinājumi
Sadalītās vikšanas transformatori plaši tiek izmantoti inženierzinātnēs, īpaši piemēroti tīkuma savienojuma fotovoltaiskām elektrostacijām. Kā minēts iepriekš, to priekšrocības galvenokārt ir saistītas ar īsakopa strāvas samazināšanu, darbības cirkulārās strāvas ierobežošanu un bezdefektās šķīrnes sprieguma uzturēšanu. Šajā rakstā teorētiski analizēti to lietošanas priekšrocības fotovoltaiskās elektrostacijās, nodrošinot noteiktu vadlīniju tīkuma savienojuma fotovoltaisko elektrostaciju projektu shēmu un aprīkojuma izvēlei.
