Hva er fordelene med split-winding-transformatorer i nett koblet solkraftverk
Solenergi, som en ren og fornybar energikilde, er et viktig nytt energiutvalg støttet i Kina. Den har rike teoretiske reserver (17 000 milliarder tonn standard kull-ekvivalent årlig) og enorm utviklingspotensial. Fotovoltaisk strømproduksjon, som før hovedsakelig opererte utenfor nettet i fjerne områder, utvikler seg nå raskt mot by-integrasjon av fotovoltaikk og store økenbaserede nett-koblede prosjekter.
Denne artikkelen analyserer split-winding-transformatorer i nett-koblede fotovoltaiske kraftverk gjennom teoretisk analyse og ingeniørtilfeller.
1 Hovedkretsens kjennetegn ved nett-koblede fotovoltaiske kraftverk
Hovedkretsen i fotovoltaiske kraftverk er tett knyttet til inverteroppsett: distribuerte invertere er egnet for by-integrasjonsprosjekter, mens sentraliserte invertere foretrekes for økenbaserede fotovoltaiske kraftverk (for å oppnå optimal strømproduksjonseffektivitet under uniform belysning via sentralisert maksimal effektpunktsporing - MPPT).
Men å ha flere strenger eller større kapasitetsinvertere er ikke alltid fordelaktig—kabelavstand, spenningstap og kostnadseffektivitet må tas i betraktning. Derfor bestemmes kablelengdene fra strenger til kombineringsbokser til invertere og arealene for fotovoltaiske blokker av investeringsavkastningsforhold. For økonomisk optimalisering ligger typisk kapasiteten til sentraliserte invertere mellom 500 kW og 630 kW.
Nett-koblede fotovoltaiske kraftverk bruker hovedsakelig tre hovedkretsoppsett (som vist i figur 1). Enkelstrengoppsettet (med spenningsforhøyende transformatorer) er enkelt, men krever mange transformatorer. Stor-enhetoppsettet (som inkluderer spenningsforhøyende transformatorer) er det mest populære designet, og balanserer kostnad og effektivitet effektivt.
Denne artikkelen diskuterer fordeler med bruk av split-winding-transformatorer for utvidet enhetsoppsett. Sammenlignet med vanlige dobbel-winding-transformatorer, består hver fase av en dobbel-split-winding-transformator av en høy-spennings-winding og to lav-spennings-windinger. Lav-spennings-windingene har samme spenning og kapasitet, men kun svak magnetisk kobling mellom dem, som vist i figur 2.
Denne transformator har typisk tre driftsmoduser: gjennomdrift, halvgjennomdrift og splitdrift. Når flere gren av split-winding parallelliseres til en total lav-spennings-winding for å drive mot høy-spennings-winding, kalles det gjennomdrift, og kortslutningsimpedansen til transformatoren kalles gjennomimpedanse X1 - 2. Når en gren av lav-spennings-split-winding driver mot høy-spennings-winding, kalles det halvgjennomdrift, og kortslutningsimpedansen kalles halvgjennomimpedanse X1 - 2'. Når en gren av split-winding driver mot en annen gren, kalles det splitdrift, og kortslutningsimpedansen kalles splitimpedanse X2 - 2'.
2 Fordeler med split-winding-transformatorer
For enklere diskusjon, sitater tekniske parametre for modne produkter for kvantitativ sammenligning med vanlige dobbel-winding-transformatorer. Ta en 2500 kVA split-winding-transformator: 37 ± 2×2.5% / 0.36 kV / 0.36 kV, 50 Hz, kortslutningsreaktansprosent 6.5%, full-gjennomreaktansprosent 6.5%, halvgjennomreaktansprosent 11.7%, splitkoeffisient < 3.6%. Beregninger gir:
Full-gjennomreaktans: X1 - 2 = X1 + X2 // X2
Halvgjennomreaktans: X1 - 2' = X1 + X2
Per-enhet verdier:
Høy-spennings-side gren reaktans:
Lav-spennings-side gren reaktans:
2.1 Redusere kortslutningsstrøm
Under kortslutning på d1 i figur 2, har kortslutningsstrømmen tre komponenter: fra systemet (høy-spennings-side, med ikke-dempende periodiske komponenter), ikke-feil gren I''p1, og feil gren I''p2. For lav-spennings-sirkuitsbryteren på feil grene, tar den i betraktning summen av system- og ikke-feil gren strømmer. Med en split-winding-transformator:
System-forsyrt kortslutningsstrøm:
Invertertype distribuert effekt kortslutningsstrøm er 2–4 ganger den nominale strømmen (varighet 1.2–5 ms, 0.06–0.25 sykler), og ikke-feil gren strøm er ~4 kA. For en vanlig dobbel-winding-transformator (for sammenlignbarhet, anta uk% = 6.5, samme som full-gjennomreaktansprosenten av split-winding-transformator uk1 - 2%:
Per-enhet reaktans er：
System-forsyrt kortslutningsstrøm er：
med ekstra bidrag fra ikke-feil grener. Tydeligvis, ved bruk av split-winding-transformatorer for utvidet enhetsoppsett, reduseres betydelig brytekapasitetskravet for lav-spennings-side gren sirkuitsbrytere.
Anta at parametrene for parallelle moduler er helt like, og MPPT-styringsparametrene for invertere er like. Da C1 = C2 = C, L1 = L2 = L, og induktorstromen for hver inverter er:
Det kan sees at induktorstromen for hver inverter består av to deler: Den første er laststrømmen, som er den samme for begge invertere; den andre er sirkulær strøm, relatert til amplituden, fasen og frekvensforskjellen i inverterenes utgangsspenning.
Nå er hovedkontrolllogikken for invertere i solcellekraftverk Maksimal Effektpunkt Sporing (MPPT). Solcellemoduler har interne og eksterne motstander. Når MPPT-styring gjør disse motstandene like på et gitt tidspunkt, opererer solcellemodulen på maksimal effektpunkt. Tar figur 3 som eksempel, aktiv effekt P1 og reaktiv effekt Q1 produsert av Inverter 1 er:
2.3 Opprettholde spenningen for ikke-feil grener
Tar figurer 2 og 3 som eksempler, fotovoltaiske kraftverk bruker ofte et sentralisert inverter-transformatoroppsett, og kabelimpedansen mellom inverter og transformator er ubetydelig. Med en vanlig dobbel-winding-transformator, faller spenningen for ikke-feil grener til null potensial. I dette tilfellet brukes generelt relèbeskyttelse for å forsinke operasjonen av ikke-feil grene sirkuitsbrytere for å redusere feil fjerningsområde. Men denne metoden kan ikke oppfylle beskyttelseskriteriene for fotovoltaiske kraftverk. Hvis fjerningstiden for feil grene overstiger lav-spennings-toleransekapasiteten til inverteren, vil ikke-feil grene bli tvunget til å skille seg fra nettet, noe som øker risikoen for å utvide feilområdet.
Med en split-winding-transformator, grunnet eksistensen av split-impedans, er kortslutningsstrømmen levert av systemet ekvivalent med å drive i halvgjennommodus for split-winding-transformator. Kortslutningsstrømmen levert av ikke-feil gren inverter er ekvivalent med splitdriftmodus for split-winding-transformator. På kortslutningstidspunktet, er utgangsspenningen U''2 av ikke-feil gren inverter I''s × X'2+ I''p2× (X''2 + X'''2). Siden høy-spennings-side er et uendelig system, ifølge tidligere diskusjon, I''s er mye større enn I''p2. Derfor, den første delen I''s × X'2 døper ikke og er større enn den andre delen I''p2 × (X''2 + X'''2).
Beregninger viser at . Utgangsspenningen for ikke-feil gren inverter kan opprettholdes minst på omtrent 0.5Un. Ifølge lav-spennings-toleransekravene for fotovoltaiske kraftverk, er fjerningstiden større enn 1 s (50 sykler). Så, utvidet enhetsoppsett med split-winding-transformatorer kan pålitelig oppfylle kravet om at ikke-feil grene ikke skilles fra nettet innen fjerningstiden for feil grene sirkuitsbrytere.
3 Konklusjon
Split-winding-transformatorer er vidt anvendt i ingeniørvirksomheten, spesielt egnet for nett-koblede fotovoltaiske kraftverk. Som diskutert ovenfor, ligger deres fordeler hovedsakelig i å redusere kortslutningsstrøm, begrense drifts-sirkulærstrøm, og opprettholde spenningen for ikke-feil grener. Basert på ingeniørdesigneksempler, analyserer denne artikkelen teoretisk deres anvendelsesfordeler i fotovoltaiske kraftverk, og gir en vis veiledende betydning for valg av oppsettformer og utstyr i nett-koblede fotovoltaiske kraftverksprosjekter.
