Ano ang mga pakinabang ng mga split-winding transformers sa grid-connected na photovoltaic power stations?
Ang enerhiya ng araw, bilang isang malinis at muling napupunlansing mapagkukunan ng enerhiya, ay isa sa mga pangunahing bagong enerhiyang sinusuportahan sa Tsina. Ito ay may sapat na teoretikal na imbakan (17,000 bilyong tonelada ng standard coal equivalent taon-taon) at malaking potensyal para sa pag-unlad. Ang pagsasaliksik ng solar power, na dating pangunahing nagsasagawa ng off-grid sa mga malayo at naka-isolate na lugar, ay ngayon ay mabilis na umuunlad patungo sa building-integrated photovoltaics at malaking grid-connected na mga proyekto sa kumunoy.
Ang papel na ito ay nag-aanalisa ng mga split-winding transformers sa mga grid-connected photovoltaic power stations sa pamamagitan ng teoretikal na analisis at mga kaso ng inhenyeriya.
1 Pangunahing Katangian ng Sirkwito ng Grid-Connected Photovoltaic Power Stations
Ang pangunahing sirkwito ng mga photovoltaic power stations ay malapit na nauugnay sa layout ng mga inverter: ang mga distributed inverter ay angkop para sa mga building-integrated na proyekto, samantalang ang mga centralized inverter ang pinili para sa mga desert photovoltaic power stations (upang makamit ang pinakamahusay na efisiensiya ng pag-generate ng power sa ilalim ng uniform na iluminasyon gamit ang centralized Maximum Power Point Tracking - MPPT).
Gayunpaman, hindi palaging nakakabuti ang magkaroon ng mas maraming strings o mas malaking kapasidad ng inverter—ang layo ng cable, voltage drop, at cost-performance ay kailangan isipin. Kaya, ang layo ng cable mula sa strings hanggang sa combiner boxes hanggang sa inverter at ang sukat ng photovoltaic blocks ay nadetermina ng ratio ng investment-return. Para sa ekonomiko na optimisasyon, ang kapasidad ng mga centralized inverter ay karaniwang nasa rango mula 500 kW hanggang 630 kW.
Ang mga grid-connected photovoltaic power stations ay pangunahing gumagamit ng tatlong pangunahing sirkwitong plano (tulad ng ipinapakita sa Figure 1). Ang single-string scheme (may step-up transformers) ay simple pero nangangailangan ng malaking bilang ng mga transformer. Ang large-unit scheme (kasama ang step-up transformers) ang pangunahing disenyo, na epektibong balanse ang gastos at efisiensiya.
Ang papel na ito ay nag-uusap tungkol sa mga benepisyo ng paggamit ng mga split-winding transformers para sa expanded-unit wiring. Sa paghahambing sa mga regular na double-winding transformers, ang bawat phase ng double-split winding transformer ay binubuo ng isang high-voltage winding at dalawang low-voltage windings. Ang mga low-voltage windings ay may parehong voltage at kapasidad ngunit may mahinang magnetic coupling sa pagitan nila, tulad ng ipinapakita sa Figure 2.
Ang transformer na ito ay karaniwang may tatlong mode ng operasyon: through operation, half-through operation, at split operation. Kapag ang ilang sangay ng split winding ay parallelized sa isang total na low-voltage winding upang makipag-operate sa high-voltage winding, ito ay tinatawag na through operation, at ang short-circuit impedance ng transformer ay tinatawag na through impedance X1 - 2. Kapag ang isang sangay ng low-voltage split winding ay nakikipag-operate sa high-voltage winding, ito ay tinatawag na half-through operation, at ang short-circuit impedance ay tinatawag na half-through impedance X1 - 2'. Kapag ang isang sangay ng split winding ay nakikipag-operate sa ibang sangay, ito ay tinatawag na split operation, at ang short-circuit impedance ay tinatawag na split impedance X2 - 2'.
2 Mga Benepisyo ng Split-Winding Transformers
Para sa mas madaling talakayan, ang teknikal na parametro ng mga mature na produkto ay inilalantad para sa quantitative na paghahambing sa mga regular na double-winding transformers. Bilang halimbawa, ang 2500 kVA split-winding transformer: 37 ± 2×2.5% / 0.36 kV / 0.36 kV, 50 Hz, short-circuit reactance percentage 6.5%, full-through reactance percentage 6.5%, half-through reactance percentage 11.7%, split coefficient < 3.6%. Ang mga kalkulasyon ay nagbibigay:
Full-through reactance: X1 - 2 = X1 + X2 // X2
Half-through reactance: X1 - 2' = X1 + X2
Per-unit values:
High-voltage side branch reactance:
Low-voltage side branch reactance:
2.1 Paggamit ng Short-Circuit Current
Sa panahon ng short circuit sa d1 sa Figure 2, ang short-circuit current ay may tatlong komponente: mula sa sistema (high-voltage side, na may non-decaying periodic components), non-fault branch I''p1, at fault branch I''p2. Para sa low-voltage circuit breaker sa fault branch, ang breaking capacity nito ay kinokonsidera ang sum ng system at non-fault branch currents. Sa paggamit ng split-winding transformer:
System-supplied short-circuit current:
Inverter-type distributed power short-circuit current ay 2–4 beses ang rated current (duration 1.2–5 ms, 0.06–0.25 cycles), at ang non-fault branch current ay ~4 kA. Para sa regular na double-winding transformer (para sa comparability, assume uk% = 6.5, pareho sa full-through reactance percentage ng split-winding transformer uk1 - 2%:
Ang per-unit reactance ay：
Ang system-supplied short-circuit current ay：
kasama ang additional contributions mula sa non-fault branches. Malinaw na, ang paggamit ng split-winding transformers para sa expanded-unit wiring ay siyentipikong nagsasabatas ng pagbawas ng requirement ng breaking-capacity para sa low-voltage side branch circuit breakers.
Assume na ang mga parameter ng parallel modules ay ganap na pareho at ang MPPT control parameters ng mga inverter ay pareho. Kaya, C1 = C2 = C, L1 = L2 = L, at ang inductor current ng bawat inverter ay:
Maaaring makita na ang inductor current ng bawat inverter ay binubuo ng dalawang bahagi: Ang unang bahagi ay ang load current, na pareho para sa parehong inverter; ang pangalawang bahagi ay ang circulating current, na may kaugnayan sa amplitude, phase, at frequency differences ng output voltages ng mga inverter.
Ngayon, ang pangunahing kontrol na logika para sa mga inverter sa PV power stations ay ang Maximum Power Point Tracking (MPPT). Ang mga solar cell modules ay may internal at external resistances. Kapag ang MPPT control ay ginawa ang mga itong equal sa isang tiyak na oras, ang PV module ay gumagana sa maximum power point. Bilang halimbawa, ang active power P1 at reactive power Q1 na inilalabas ng Inverter 1 ay:
2.3 Pagsasakop ng Voltage ng Non-Fault Branches
Bilang halimbawa, ang photovoltaic power stations ay karaniwang gumagamit ng centralized inverter-transformer layout, at ang cable impedance sa pagitan ng inverter at transformer ay maaaring i-disregard. Sa paggamit ng regular na double-winding transformer, ang voltage ng non-fault branch ay bumababa sa zero potential. Sa kasong ito, ang relay protection ay karaniwang ginagamit upang i-delay ang operasyon ng non-fault branch circuit breaker upang mabawasan ang saklaw ng pag-alis ng fault. Gayunpaman, ang paraan na ito ay maaaring hindi tugon sa mga requirement ng protection para sa photovoltaic power stations. Kung ang pag-alis ng oras ng fault branch ay lumampas sa low-voltage ride-through capability ng inverter, ang non-fault branch ay maaaring maipilit na i-disconnect mula sa grid, na nagdudulot ng pagtaas ng panganib ng paglaki ng saklaw ng fault.
Sa paggamit ng split-winding transformer, dahil sa pagkakaroon ng split impedance, ang short-circuit current na ibinibigay ng sistema ay katumbas ng pag-operate sa half-through mode ng split-winding transformer. Ang short-circuit current na ibinibigay ng non-fault branch inverter ay katumbas ng split operation mode ng split-winding transformer. Sa sandali ng short-circuit, ang output voltage U''2 ng non-fault branch inverter ay I''s × X'2+ I''p2× (X''2 + X'''2). Dahil ang high-voltage side ay isang infinite system, ayon sa naunang talakayan, I''s ay mas malaki kaysa sa I''p2. Kaya, ang unang bahagi I''s × X'2 ay hindi nagde-decay at mas malaki kaysa sa pangalawang bahagi I''p2 × (X''2 + X'''2).
Ang mga kalkulasyon ay nagpapakita na . Ang output voltage ng non-fault branch inverter ay maaaring matiyak na maintindihan sa least na about 0.5Un. Ayon sa low-voltage ride-through requirements ng photovoltaic power station, ang removal time ay mas malaki kaysa sa 1 s (50 cycles). Kaya, ang expanded-unit wiring sa split-winding transformers ay maasahan na tumutugon sa requirement na ang non-fault branch ay hindi magdi-disconnect mula sa grid sa loob ng removal time ng fault branch circuit breaker.
3 Pagtatapos
Ang mga split-winding transformers ay malawak na ginagamit sa inhenyeriya, lalo na angkop para sa mga grid-connected photovoltaic power stations. Tulad ng ipinaglabas sa itaas, ang kanilang mga benepisyo ay pangunahing nasa pagbabawas ng short-circuit current, pagpapakontrol ng operating circulating current, at pagsasakop ng voltage ng non-fault branches. Batay sa mga halimbawa ng disenyo ng inhenyeriya, ang papel na ito ay nagbibigay ng teoretikal na analisis sa kanilang application advantages sa photovoltaic power stations, na nagbibigay ng tiyak na guiding significance para sa pagpili ng wiring forms at equipment sa mga grid-connected photovoltaic power station projects.
