Што се претставуваат предности на трансформаторите со поделени витка во фотovoltaчките електрани станции поврзани со мрежата

Солнечната енергија, како чист и воведлив извор на енергија, е кључен нов извор на енергија подржан во Кина. Има обилни теоретски резерви (17.000 милијарди тони стандардно јагло еквивалент годишно) и огромен потенцијал за развој. Фотоелектричната производство на електрична енергија, која некогаш првенствено работеше оф-грид во отдалени области, сега брзо се развива кон интегрирани фотоелектрични системи во згради и големи пустински проекти поврзани со мрежата.

Оваа статија анализира сплит-воблеските трансформатори во поврзаните со мрежата фотоелектрични станции преку теоретска анализа и инженерски случаи.

1 Основни карактеристики на главната кола на поврзаните со мрежата фотоелектрични станции

Главната кола на фотоелектричните станции е тесно поврзана со распоредот на инверторите: дистрибуирани инвертори се прифатливи за проектите во згради, додека централни инвертори се препорачувани за пустинските фотоелектрични станции (за да се постигне оптимална ефикасност на производството на енергија под унIFORMна осветлување преку централизирано следење на максималната точка на моќ - MPPT).

Меѓутоа, имањето на повеќе низи или инвертори со поголема капацитет не секогаш е корисно - треба да се разгледаат должината на кабелите, паѓањето на напонот и односот на цената и перформансите. Затоа, должините на кабелите од низите до комбинаторските кутии до инверторите и плоштините на фотоелектричните блокови се одредуваат од страна на односот на инвестицијата и враќањето. За економска оптимизација, капацитетот на централните инвертори типички се движат во опсег од 500 kW до 630 kW.

Поврзаните со мрежата фотоелектрични станции првенствено ги применуваат три основни шеми на главната кола (како што е прикажано на Слика 1). Едноставната шема со една низа (со подигачки трансформатори) е едноставна, но бара голем број на трансформатори. Шемата со големи единици (со вклучување на подигачки трансформатори) е доминантен дизајн, кој ефективно балансира цена и ефикасност.

Оваа статија дискутира предностите на користење на сплит-воблески трансформатори за проширена јединична жица. Во споредба со обичните двојни воблески трансформатори, секоја фаза на двојниот сплит-воблески трансформатор се состои од еден високонапонски воблесок и два нисконапонски воблески. Нисконапонските воблески имаат ист напон и капацитет, но само слаба магнетна поврзаност помеѓу нив, како што е прикажано на Слика 2.

Овој трансформатор типички има три оперативни режими: пропускан режим, полупропускан режим и сплит режим. Кога неколку гранки на сплит-воблеските се паралелират во целосен нисконапонски воблесок за работа против високонапонскиот воблесок, тоа се нарекува пропускан режим, и краткосечниот импеданс на трансформаторот се нарекува пропускан импеданс X_{1 - 2}. Кога една гранка на нисконапонскиот сплит-воблесок работи против високонапонскиот воблесок, тоа се нарекува полупропускан режим, и краткосечниот импеданс се нарекува полупропускан импеданс X_{1 - 2'}. Кога една гранка на сплит-воблеските работи против друга гранка, тоа се нарекува сплит режим, и краткосечниот импеданс се нарекува сплит импеданс X_{2 - 2'}.

2 Предности на сплит-воблеските трансформатори

За лесна дискусија, технички параметри на зрел продукт се цитираат за квантификативно споредување со обичните двојни воблески трансформатори. Земете 2500 kVA сплит-воблески трансформатор: 37 &plusmn; 2&times;2.5% / 0.36 kV / 0.36 kV, 50 Hz, процент на краткосечен реактанц 6.5%, полн пропуснат реактанц процент 6.5%, полупропуснат реактанц процент 11.7%, сплит коефициент < 3.6%. Пресметките даваат:

Полн пропуснат реактанц: X_{1 - 2} = X₁ + X₂ // X₂

Полупропуснат реактанц: X_{1 - 2'} = X₁ + X₂   

Пер-унит вредности:

Реактанц на високонапонската страна:

Реактанц на нисконапонската страна:

2.1 Сманкување на краткосечниот стрuja

Во време на краткосечна повреда на d₁ на Слика 2, краткосечниот стрuja има три компоненти: од системот (високонапонска страна, со непреходни периодични компоненти), невиновна гранка I''_p1, и повредена гранка I''_p2. За нисконапонскиот прекинувач на повредената гранка, неговата капацитет за прекинување го разгледува збирот на стрujата од системот и невиновната гранка. Со сплит-воблески трансформатор:

Краткосечна стрuja доставена од системот:

Краткосечна стрuja на инверторот на дистрибуираната моќ е 2-4 пати од номиналната стрuja (траење 1.2-5 ms, 0.06-0.25 циклуси), а невиновната гранка е ~4 kA. За обичен двојен воблески трансформатор (за сравнима, претпоставете u_k% = 6.5, исто како и полн пропуснат реактанц процент на сплит-воблескиот трансформатор u_{k1 - 2%}:

Пер-унит реактанцот е：

Краткосечна стрuja доставена од системот е：

со дополнителни придонеси од невиновните гранки. Јасно, користењето на сплит-воблески трансформатори за проширена јединична жица значително го намалува барањето за капацитет за прекинување на нисконапонските гранки прекинувачи.

Претпоставете дека параметрите на паралелните модули се целосно исти и параметрите за контрола на MPPT на инверторите се исти. Тогаш, C₁ = C₂ = C, L₁ = L₂ = L, и индуктивната стрuja на секој инвертор е:

Може да се види дека индуктивната стрuja на секој инвертор се состои од две делови: Првата е стрujата на оптера, која е иста за двете инвертори; втората е циркулаторната стрuja, поврзана со амплитудата, фазата и фреквенцијата на различните излезни напони на инверторите.

Сега, главната контролна логика за инверторите во фотоелектричните станции е Следење на Максималната Точка на Моќ (MPPT). Модулите на сончеви клетки имаат интерни и екстерни отпори. Кога контролата на MPPT ги прави овие отпори еднакви во еден момент, модулот на сончеви клетки работи на максималната точка на моќ. Земјајќи го примерот на Слика 3, активната моќ P₁ и реактивната моќ Q₁ испуштени од Инвертор 1 се:

2.3 Одржување на напонот на невиновните гранки

Земајќи ги Слика 2 и 3 како пример, фотоелектричните станции обично го применуваат централизираниот распоред на инвертор-трансформатор, и импедансот на кабелот помеѓу инверторот и трансформаторот е пренебреглив. Со обичен двојен воблески трансформатор, напонот на невиновната гранка се понижи до нулта потенцијала. Во овој случај, релевантната заштита обично се користи за забавување на операцијата на прекинувачот на невиновната гранка за намалување на опсегот на повреда. Меѓутоа, овој метод можеби не ги задоволува заштитните барања за фотоелектричните станции. Ако временското траење на повредена гранка надмине способноста на нисконапонско преминување на инверторот, невиновната гранка ќе биде принудена да се исключи од мрежата, што ја зголемува ризикот од ширење на опсегот на повреда.

Со сплит-воблески трансформатор, поради постојанието на сплит импеданс, краткосечната стрuja доставена од системот е еквивалентна на работа во полупропуснат режим на сплит-воблескиот трансформатор. Краткосечната стрuja доставена од невиновниот инвертор е еквивалентна на сплит режим на сплит-воблескиот трансформатор. Во моментот на краткосечна повреда, излезниот напон U''₂ на невиновниот инвертор е I''_s &times; X'₂+ I''_p2&times; (X''₂ + X'''₂). Бидејќи високонапонската страна е бескрајен систем, според претходната дискусија, I''_s  е многу поголем од I''_p2. Затоа, првиот дел I''_s &times; X'₂ не се преходи и е поголем од вториот дел I''_p2 &times; (X''₂ + X'''₂).

Пресметките покажуваат дека U''s > I''s &times; X'2 = 185 V. Излезниот напон на невиновниот инвертор може да се одржува на минимум околу 0.5U_n. Според барањата за нисконапонско преминување на фотоелектричната станција, временското траење е поголемо од 1 s (50 циклуси). Затоа, проширената јединична жица со сплит-воблески трансформатори може надежно да го задоволи барањето дека невиновната гранка не се исключува од мрежата во временското траење на прекинувачот на повредената гранка.

3 Заклучок

СPLIT-воблеските трансформатори се широко користат во инженерството, особено пригодни за поврзаните со мрежата фотоелектрични станции. Како што е дискутирано, нивните предности гледано првенствено стојат во намалување на краткосечната стрuja, ограничување на оперативната циркулаторна стрuja и одржување на напонот на невиновните гранки. На основа на инженерски дизајн примери, оваа статија теоретски ги анализира нивните предности во примената во фотоелектричните станции, што има одредена насока за изборот на форми на жица и опрема во проекти на поврзаните со мрежата фотоелектрични станции.