อะไรคือข้อดีของหม้อแปลงแยกวงจรในสถานีผลิตไฟฟ้าจากพลังงานแสงอาทิตย์ที่เชื่อมต่อกับระบบจำหน่ายไฟฟ้า

พลังงานแสงอาทิตย์ ซึ่งเป็นแหล่งพลังงานสะอาดและหมุนเวียน เป็นพลังงานใหม่ที่ได้รับการสนับสนุนในประเทศจีน มีปริมาณสำรองทฤษฎีที่อุดมสมบูรณ์ (17,000 พันล้านตันเทียบเท่าน้ำมันเชื้อเพลิงมาตรฐาน) และมีศักยภาพในการพัฒนาอย่างมาก การผลิตไฟฟ้าจากพลังงานแสงอาทิตย์ ซึ่งเดิมทีดำเนินการแบบออฟกริดในพื้นที่ห่างไกล ตอนนี้กำลังพัฒนาอย่างรวดเร็วไปสู่ระบบรวมกับอาคารและการโครงการเชื่อมต่อเครือข่ายขนาดใหญ่ในทะเลทราย

บทความนี้วิเคราะห์หม้อแปลงแบ่งวงจรในสถานีผลิตไฟฟ้าจากพลังงานแสงอาทิตย์ที่เชื่อมต่อเครือข่ายผ่านการวิเคราะห์ทางทฤษฎีและกรณีศึกษาทางวิศวกรรม

1 คุณสมบัติหลักของวงจรในสถานีผลิตไฟฟ้าจากพลังงานแสงอาทิตย์ที่เชื่อมต่อเครือข่าย

วงจรหลักของสถานีผลิตไฟฟ้าจากพลังงานแสงอาทิตย์มีความเกี่ยวข้องอย่างใกล้ชิดกับการวางตำแหน่งอินเวอร์เตอร์: อินเวอร์เตอร์กระจายเหมาะสำหรับโครงการรวมกับอาคาร ในขณะที่อินเวอร์เตอร์รวมถูกเลือกใช้ในสถานีผลิตไฟฟ้าจากพลังงานแสงอาทิตย์ในทะเลทราย (เพื่อให้ได้ประสิทธิภาพการผลิตไฟฟ้าสูงสุดภายใต้การส่องสว่างที่สม่ำเสมอผ่านการติดตามจุดกำลังสูงสุดแบบรวมศูนย์ - MPPT)

อย่างไรก็ตาม การมีสายหรืออินเวอร์เตอร์ที่มีกำลังมากขึ้นไม่ได้เป็นประโยชน์เสมอไป - ระยะทางของสายเคเบิล การลดแรงดัน และความคุ้มค่าต้นทุนจำเป็นต้องพิจารณา ดังนั้น ความยาวของสายเคเบิลจากสายไปยังกล่องรวมไปยังอินเวอร์เตอร์และพื้นที่ของบล็อกพลังงานแสงอาทิตย์ถูกกำหนดโดยอัตราผลตอบแทนจากการลงทุน สำหรับการปรับแต่งทางเศรษฐกิจ กำลังของอินเวอร์เตอร์รวมมักจะอยู่ระหว่าง 500 กิโลวัตต์ถึง 630 กิโลวัตต์

สถานีผลิตไฟฟ้าจากพลังงานแสงอาทิตย์ที่เชื่อมต่อเครือข่ายมักจะใช้วงจรหลักสามแบบ (ดังแสดงในรูปที่ 1) แผนวงจรเดียว (พร้อมหม้อแปลงขั้นตอน) ง่ายแต่ต้องใช้หม้อแปลงจำนวนมาก แผนวงจรขนาดใหญ่ (รวมหม้อแปลงขั้นตอน) เป็นการออกแบบหลัก ที่สามารถบาลานซ์ต้นทุนและประสิทธิภาพได้อย่างมีประสิทธิภาพ

บทความนี้หารือถึงข้อดีของการใช้หม้อแปลงแบ่งวงจรสำหรับการวางสายขยาย เมื่อเทียบกับหม้อแปลงสองวงจรธรรมดา แต่ละเฟสของหม้อแปลงสองวงจรแบ่งประกอบด้วยวงจรแรงดันสูงหนึ่งวงจรและวงจรแรงดันต่ำสองวงจร วงจรแรงดันต่ำมีแรงดันและกำลังเท่ากัน แต่มีการคู่แม่เหล็กระหว่างพวกเขาน้อย ดังแสดงในรูปที่ 2

หม้อแปลงนี้มักมีโหมดการทำงานสามโหมด: โหมดผ่าน โหมดครึ่งผ่าน และโหมดแยก เมื่อหลายสาขาของวงจรแบ่งถูกขนานเข้าด้วยกันเป็นวงจรแรงดันต่ำรวมเพื่อทำงานกับวงจรแรงดันสูง เรียกว่าโหมดผ่าน และความต้านทานสั้นวงจรของหม้อแปลงเรียกว่าความต้านทานผ่าน X_{1 - 2} เมื่อสาขาหนึ่งของวงจรแรงดันต่ำแบ่งทำงานกับวงจรแรงดันสูง เรียกว่าโหมดครึ่งผ่าน และความต้านทานสั้นวงจรเรียกว่าความต้านทานครึ่งผ่าน X_{1 - 2'} เมื่อสาขาหนึ่งของวงจรแบ่งทำงานกับสาขาอื่น เรียกว่าโหมดแยก และความต้านทานสั้นวงจรเรียกว่าความต้านทานแยก X_{2 - 2'}

2 ข้อดีของหม้อแปลงแบ่งวงจร

เพื่อให้ง่ายต่อการหารือ ข้อมูลทางเทคนิคของผลิตภัณฑ์ที่มีความสุกงอมถูกอ้างอิงมาเพื่อเปรียบเทียบเชิงปริมาณกับหม้อแปลงสองวงจรธรรมดา ยกตัวอย่างเช่น หม้อแปลงแบ่งวงจร 2500 kVA: 37 &plusmn; 2&times;2.5% / 0.36 kV / 0.36 kV, 50 Hz, ร้อยละความต้านทานสั้นวงจร 6.5%, ร้อยละความต้านทานผ่านเต็ม 6.5%, ร้อยละความต้านทานครึ่งผ่าน 11.7%, ค่าสัมประสิทธิ์แบ่ง < 3.6% คำนวณได้ว่า:

ความต้านทานผ่านเต็ม: X_{1 - 2} = X₁ + X₂ // X₂

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

ค่าต่อหน่วย:

ความต้านทานสาขาฝั่งแรงดันสูง:

ความต้านทานสาขาฝั่งแรงดันต่ำ:

2.1 ลดกระแสสั้นวงจร

ในกรณีที่เกิดสั้นวงจรที่ d₁ ในรูปที่ 2 กระแสสั้นวงจรประกอบด้วยสามส่วน: จากระบบ (ฝั่งแรงดันสูง ด้วยส่วนที่ไม่เสื่อม), สาขาที่ไม่ผิดพลาด I''_p1, และสาขาที่ผิดพลาด I''_p2 สำหรับตัวตัดวงจรแรงดันต่ำบนสาขาที่ผิดพลาด ความสามารถในการตัดวงจรของมันพิจารณาจากผลรวมของกระแสจากระบบและสาขาที่ไม่ผิดพลาด ด้วยหม้อแปลงแบ่งวงจร:

กระแสสั้นวงจรจากระบบ:

กระแสสั้นวงจรจากพลังงานกระจายประเภทอินเวอร์เตอร์คือ 2-4 เท่าของกระแสคงที่ (ระยะเวลา 1.2-5 มิลลิวินาที, 0.06-0.25 รอบ) และกระแสสาขาที่ไม่ผิดพลาดประมาณ 4 kA สำหรับหม้อแปลงสองวงจรธรรมดา (เพื่อความเปรียบเทียบ สมมติ u_k% = 6.5, เท่ากับร้อยละความต้านทานผ่านเต็มของหม้อแปลงแบ่งวงจร u_{k1 - 2%}:

ความต้านทานต่อหน่วยคือ:

กระแสสั้นวงจรจากระบบคือ:

พร้อมกับการเพิ่มเติมจากสาขาที่ไม่ผิดพลาด ชัดเจนว่าการใช้หม้อแปลงแบ่งวงจรสำหรับการวางสายขยายลดความต้องการความสามารถในการตัดวงจรของตัวตัดวงจรแรงดันต่ำสาขาอย่างมาก

สมมติว่าพารามิเตอร์ของโมดูลขนานทั้งหมดเหมือนกันและพารามิเตอร์ควบคุม MPPT ของอินเวอร์เตอร์เหมือนกัน ดังนั้น C₁ = C₂ = C, L₁ = L₂ = L และกระแสอินดักเตอร์ของแต่ละอินเวอร์เตอร์คือ:

จะเห็นว่ากระแสอินดักเตอร์ของแต่ละอินเวอร์เตอร์ประกอบด้วยสองส่วน: ส่วนแรกคือกระแสโหลด ซึ่งเท่ากันสำหรับทั้งสองอินเวอร์เตอร์ ส่วนที่สองคือกระแสวน ที่เกี่ยวข้องกับขนาด เฟส และความถี่ของแรงดันไฟฟ้าขาออกของอินเวอร์เตอร์

ปัจจุบัน ลอจิกควบคุมหลักของอินเวอร์เตอร์ในสถานีผลิตไฟฟ้าจากพลังงานแสงอาทิตย์คือการติดตามจุดกำลังสูงสุด (MPPT) โมดูลเซลล์แสงอาทิตย์มีความต้านทานภายในและภายนอก เมื่อควบคุม MPPT ทำให้ความต้านทานเหล่านี้เท่ากันในเวลาใดเวลาหนึ่ง โมดูลพลังงานแสงอาทิตย์จะทำงานที่จุดกำลังสูงสุด ใช้รูปที่ 3 เป็นตัวอย่าง กำลังไฟฟ้า P₁ และกำลังไฟฟ้าปฏิกิริยา Q₁ ที่อินเวอร์เตอร์ 1 ผลิตคือ:

2.3 รักษาแรงดันของสาขาที่ไม่ผิดพลาด

ใช้รูปที่ 2 และ 3 เป็นตัวอย่าง สถานีผลิตไฟฟ้าจากพลังงานแสงอาทิตย์มักใช้การวางตำแหน่งอินเวอร์เตอร์-หม้อแปลงแบบรวมศูนย์ และความต้านทานของสายเคเบิลระหว่างอินเวอร์เตอร์และหม้อแปลงสามารถละเลยได้ ด้วยหม้อแปลงสองวงจรธรรมดา แรงดันของสาขาที่ไม่ผิดพลาดจะลดลงเป็นศักยภาพศูนย์ ในกรณีนี้ ปกติจะใช้การป้องกันวงจรเพื่อชะลอการทำงานของตัวตัดวงจรสาขาที่ไม่ผิดพลาดเพื่อลดขอบเขตการลบความผิดพลาด อย่างไรก็ตาม วิธีนี้อาจไม่ตรงตามข้อกำหนดการป้องกันสำหรับสถานีผลิตไฟฟ้าจากพลังงานแสงอาทิตย์ หากเวลาการลบสาขาที่ผิดพลาดเกินความสามารถในการผ่านแรงดันต่ำของอินเวอร์เตอร์ สาขาที่ไม่ผิดพลาดจะถูกบังคับให้ตัดออกจากเครือข่าย ทำให้ความเสี่ยงในการขยายขอบเขตความผิดพลาดเพิ่มขึ้น

ด้วยหม้อแปลงแบ่งวงจร ด้วยการมีความต้านทานแบ่ง กระแสสั้นวงจรที่ระบบให้เทียบเท่ากับการทำงานในโหมดครึ่งผ่านของหม้อแปลงแบ่งวงจร กระแสสั้นวงจรที่อินเวอร์เตอร์สาขาที่ไม่ผิดพลาดให้เทียบเท่ากับการทำงานในโหมดแยกของหม้อแปลงแบ่งวงจร ณ ช่วงเวลาที่เกิดสั้นวงจร แรงดันขาออก U''₂ ของอินเวอร์เตอร์สาขาที่ไม่ผิดพลาดคือ I''_s &times; X'₂ + I''_p2 &times; (X''₂ + X'''₂) เนื่องจากฝั่งแรงดันสูงเป็นระบบอนันต์ ตามการหารือก่อนหน้านี้ I''_s มากกว่า I''_p2 อย่างมาก ดังนั้น ส่วนแรก I''_s &times; X'₂ ไม่เสื่อมและมากกว่าส่วนที่สอง I''_p2 &times; (X''₂ + X'''₂)

การคำนวณแสดงว่า U''₂ > I''_s &times; X'₂ = 185 V แรงดันขาออกของอินเวอร์เตอร์สาขาที่ไม่ผิดพลาดสามารถรักษาไว้ได้อย่างน้อยที่ประมาณ 0.5U_n ตามข้อกำหนดการผ่านแรงดันต่ำของสถานีผลิตไฟฟ้าจากพลังงานแสงอาทิตย์ เวลาระบุให้มากกว่า 1 วินาที (50 รอบ) ดังนั้น การวางสายขยายด้วยหม้อแปลงแบ่งวงจรสามารถตอบสนองข้อกำหนดที่สาขาที่ไม่ผิดพลาดไม่ตัดออกจากเครือข่ายภายในเวลาการลบของตัวตัดวงจรสาขาที่ผิดพลาดได้อย่างเชื่อถือได้

3 สรุป

หม้อแปลงแบ่งวงจรถูกใช้ในทางวิศวกรรมอย่างแพร่หลาย โดยเฉพาะอย่างยิ่งเหมาะสมสำหรับสถานีผลิตไฟฟ้าจากพลังงานแสงอาทิตย์ที่เชื่อมต่อเครือข่าย ตามที่หารือข้างต้น ข้อดีหลักของมันอยู่ที่การลดกระแสสั้นวงจร จำกัดกระแสวนในการทำงาน และรักษาแรงดันของสาขาที่ไม่ผิดพลาด บนพื้นฐานของตัวอย่างการออกแบบทางวิศวกรรม บทความนี้วิเคราะห์ทางทฤษฎีถึงข้อดีในการประยุกต์ใช้ในสถานีผลิตไฟฟ้าจากพลังงานแสงอาทิตย์ ให้ความหมายบางอย่างในการเลือกรูปแบบการวางสายและอุปกรณ์ในโครงการสถานีผลิตไฟฟ้าจากพลังงานแสงอาทิตย์ที่เชื่อมต่อเครือข่าย