Apakah kelebihan transformator berpemisah lilitan dalam stesen kuasa fotovoltaik bersambung grid
Tenaga suria, sebagai sumber tenaga bersih dan boleh diperbaharui, adalah salah satu sumber tenaga baru yang disokong di China. Ia mempunyai simpanan teori yang melimpah (setara dengan 17,000 bilion tan batubara standard setiap tahun) dan potensi pembangunan yang besar. Penjanaan tenaga fotovoltaik, yang sebelumnya beroperasi terutamanya di luar rangkaian di kawasan terpencil, kini berkembang dengan cepat menuju projek-projek integrasi binaan dan projek-projek berskala besar yang terhubung ke rangkaian di gurun.
Kertas ini menganalisis transformator split-winding dalam stesen penjanaan tenaga fotovoltaik yang terhubung ke rangkaian melalui analisis teori dan kes-kes kejuruteraan.
1 Ciri-ciri Utama Litar Utama Stesen Penjanaan Tenaga Fotovoltaik yang Terhubung ke Rangkaian
Litar utama stesen penjanaan tenaga fotovoltaik berkait rapat dengan susunan inverter: inverter teragih sesuai untuk projek integrasi binaan, manakala inverter pusat lebih disukai untuk stesen penjanaan tenaga fotovoltaik di gurun (untuk mencapai kecekapan penjanaan tenaga optimum di bawah pencahayaan seragam melalui Maximum Power Point Tracking - MPPT yang terpusat).
Walau bagaimanapun, mempunyai lebih banyak strim atau inverter kapasiti yang lebih besar tidak selalu menguntungkan—jarak kabel, jatuh tegangan, dan kos-keberkesanan perlu dipertimbangkan. Oleh itu, panjang kabel dari strim ke kotak penggabungan hingga inverter dan luas blok fotovoltaik ditentukan oleh nisbah pulangan pelaburan. Untuk optimisasi ekonomi, kapasiti inverter pusat biasanya berkisar antara 500 kW hingga 630 kW.
Stesen penjanaan tenaga fotovoltaik yang terhubung ke rangkaian secara utama mengambil tiga skema litar utama (seperti ditunjukkan dalam Gambaraj 1). Skema strim tunggal (dengan transformator step-up) mudah tetapi memerlukan jumlah transformator yang banyak. Skema unit besar (yang merangkumi transformator step-up) adalah reka bentuk utama, menyeimbangkan kos dan kecekapan dengan efektif.
Kertas ini membincangkan kelebihan menggunakan transformator split-winding untuk penghujung unit yang diperluas. Berbanding dengan transformator double-winding biasa, setiap fasa transformator double-split winding terdiri daripada satu lilitan tinggi voltan dan dua lilitan rendah voltan. Lilitan rendah voltan mempunyai voltan dan kapasiti yang sama tetapi hanya kesejajaran magnetik yang lemah antara mereka, seperti yang ditunjukkan dalam Gambaraj 2.
Transformator ini biasanya mempunyai tiga mod operasi: operasi melalui, operasi separuh-melalui, dan operasi split. Apabila beberapa cabang lilitan split diparalelkan menjadi lilitan rendah voltan total untuk beroperasi terhadap lilitan tinggi voltan, ia dipanggil operasi melalui, dan rintangan pendek transformator dipanggil rintangan melalui X1 - 2. Apabila satu cabang lilitan rendah voltan split beroperasi terhadap lilitan tinggi voltan, ia dipanggil operasi separuh-melalui, dan rintangan pendek dipanggil rintangan separuh-melalui X1 - 2'. Apabila satu cabang lilitan split beroperasi terhadap cabang lain, ia dipanggil operasi split, dan rintangan pendek dipanggil rintangan split X2 - 2'.
2 Kelebihan Transformator Split-Winding
Untuk perbincangan yang lebih mudah, parameter teknikal produk yang matang dikutip untuk perbandingan kuantitatif dengan transformator double-winding biasa. Ambil contoh transformator split-winding 2500 kVA: 37 ± 2×2.5% / 0.36 kV / 0.36 kV, 50 Hz, peratusan rintangan pendek 6.5%, peratusan rintangan melalui penuh 6.5%, peratusan rintangan separuh-melalui 11.7%, koefisien split < 3.6%. Pengiraan memberikan:
Rintangan melalui penuh: X1 - 2 = X1 + X2 // X2
Rintangan separuh-melalui: X1 - 2' = X1 + X2
Nilai per-unit:
Rintangan cabang sisi tinggi voltan:
Rintangan cabang sisi rendah voltan:
2.1 Mengurangkan Arus Pendek
Semasa pendek pada d1 dalam Gambaraj 2, arus pendek mempunyai tiga komponen: dari sistem (sisi tinggi voltan, dengan komponen berulang yang tidak pudar), cabang bukan-fault I''p1, dan cabang fault I''p2. Untuk pemutus litar sisi rendah pada cabang fault, keupayaan pemutusan pertimbangkan jumlah arus sistem dan cabang bukan-fault. Dengan transformator split-winding:
Arus pendek yang dibekalkan oleh sistem:
Arus pendek daya teragih jenis inverter adalah 2–4 kali arus nominal (tempoh 1.2–5 ms, 0.06–0.25 siklus), dan arus cabang bukan-fault adalah ~4 kA. Untuk transformator double-winding biasa (untuk perbandingan, andaikan uk% = 6.5, sama seperti peratusan rintangan melalui penuh transformator split-winding uk1 - 2%:
Rintangan per-unit adalah：
Arus pendek yang dibekalkan oleh sistem adalah：
dengan sumbangan tambahan dari cabang bukan-fault. Jelas, penggunaan transformator split-winding untuk penghujung unit yang diperluas mengurangkan keperluan keupayaan pemutusan bagi pemutus litar sisi rendah cabang dengan ketara.
Anggapkan bahawa parameter modul paralel sepenuhnya sama dan parameter kawalan MPPT inverter adalah sama. Maka, C1 = C2 = C, L1 = L2 = L, dan arus induktor setiap inverter adalah:
Dapat dilihat bahawa arus induktor setiap inverter terdiri daripada dua bahagian: Yang pertama adalah arus beban, yang sama untuk kedua-dua inverter; yang kedua adalah arus sirkulasi, berkaitan dengan amplitud, fasa, dan perbezaan frekuensi voltan keluaran inverter.
Saat ini, logik kawalan utama untuk inverter di stesen penjanaan tenaga fotovoltaik adalah Maximum Power Point Tracking (MPPT). Modul sel suria mempunyai rintangan dalaman dan luaran. Apabila kawalan MPPT membuat rintangan-rintangan ini sama pada suatu masa, modul fotovoltaik beroperasi pada titik kuasa maksimum. Mengambil Gambaraj 3 sebagai contoh, kuasa aktif P1 dan kuasa reaktif Q1 yang dihasilkan oleh Inverter 1 adalah:
2.3 Mengekalkan Voltan Cabang Bukan-Fault
Mengambil Gambaraj 2 dan 3 sebagai contoh, stesen penjanaan tenaga fotovoltaik biasanya mengambil layout inverter-transformator terpusat, dan rintangan kabel antara inverter dan transformator boleh diabaikan. Dengan transformator double-winding biasa, voltan cabang bukan-fault jatuh ke potensial sifar. Dalam kes ini, perlindungan relai biasanya digunakan untuk menunda operasi pemutus litar cabang bukan-fault untuk mengurangkan julat penghapusan kesalahan. Walau bagaimanapun, kaedah ini mungkin tidak memenuhi keperluan perlindungan stesen penjanaan tenaga fotovoltaik. Jika masa penghapusan cabang kesalahan melebihi keupayaan low-voltage ride-through inverter, cabang bukan-fault akan dipaksa untuk terputus dari rangkaian, meningkatkan risiko peningkatan julat kesalahan.
Dengan transformator split-winding, kerana keberadaan rintangan split, arus pendek yang dibekalkan oleh sistem setara dengan beroperasi dalam mod separuh-melalui transformator split-winding. Arus pendek yang dibekalkan oleh inverter cabang bukan-fault setara dengan mod operasi split transformator split-winding. Pada saat pendek, voltan keluaran U''2 inverter cabang bukan-fault adalah I''s × X'2+ I''p2× (X''2 + X'''2). Kerana sisi tinggi voltan adalah sistem tak terhingga, berdasarkan perbincangan sebelumnya, I''s jauh lebih besar daripada I''p2. Oleh itu, bahagian pertama I''s × X'2 tidak pudar dan lebih besar daripada bahagian kedua I''p2 × (X''2 + X'''2).
Pengiraan menunjukkan bahawa . Voltan keluaran inverter cabang bukan-fault dapat dikekalkan sekurang-kurangnya pada sekitar 0.5Un. Berdasarkan keperluan low-voltage ride-through stesen penjanaan tenaga fotovoltaik, masa penghapusan adalah lebih besar daripada 1 s (50 siklus). Oleh itu, penghujung unit yang diperluas dengan transformator split-winding dapat dipercayai memenuhi keperluan bahawa cabang bukan-fault tidak terputus dari rangkaian dalam masa penghapusan pemutus litar cabang kesalahan.
3 Kesimpulan
Transformator split-winding digunakan secara meluas dalam kejuruteraan, terutamanya sesuai untuk stesen penjanaan tenaga fotovoltaik yang terhubung ke rangkaian. Seperti yang telah dibincangkan, kelebihan utamanya terletak pada mengurangkan arus pendek, menghadkan arus sirkulasi operasi, dan mengekalkan voltan cabang bukan-fault. Berdasarkan contoh reka bentuk kejuruteraan, kertas ini menganalisis secara teori kelebihan penggunaannya dalam stesen penjanaan tenaga fotovoltaik, memberikan makna panduan tertentu untuk pemilihan bentuk penghujung dan peralatan dalam projek stesen penjanaan tenaga fotovoltaik yang terhubung ke rangkaian.
