گرڈ سے منسلک فوٹو وولٹک پاور اسٹیشنز میں سپلٹ ونڈنگ ترانسفارمرز کے فوائد کیا ہیں

Echo

فیلڈ: ٹرانس فارمر تجزیہ

China

سورجی توان، کے طور پر ایک صاف اور نوآبادیاتی توان کا ذخیرہ، چین میں حمایت کی جانے والی کلیدی نئی توان ہے۔ اس کے وسائل (سالانہ 17,000 بیلین ٹن معیاری کوئلے کے مساوی) بہت زیادہ ہیں اور اس کا ترقی کا بڑا پوتینشل ہے۔ فوٹوولٹائک توان کی تولید، جو ابتدائی طور پر دور دراز علاقوں میں آف گرڈ کام کرتی تھی، اب تیزی سے عمارات میں شامل فوٹوولٹائک اور بڑے پیمانے پر صحرا میں مبنی گرڈ کو ملانے والے منصوبوں کی طرف تبدیل ہو رہی ہے۔

اس مقالے میں گرڈ کو ملانے والے فوٹوولٹائک پاور اسٹیشنز میں سپلٹ وائنڈنگ ترانسفارمرز کا تجزیہ نظریاتی تجزیہ اور انجینئرنگ کیسز کے ذریعے کیا گیا ہے۔

1 گرڈ کو ملانے والے فوٹوولٹائک پاور اسٹیشنز کے اصل سرکٹ کے خصوصیات

فوٹوولٹائک پاور اسٹیشنز کا اصل سرکٹ انورٹرز کی ترتیبات سے قریبی تعلق رکھتا ہے: تقسیم شدہ انورٹرز عمارات میں شامل منصوبوں کے لیے مناسب ہیں، جبکہ مرکزی انورٹرز صحرا میں فوٹوولٹائک پاور اسٹیشنز کے لیے پسند کیے جاتے ہیں (منسلک میکسمم پاور پوائنٹ ٹریکنگ - MPPT کے ذریعے یکساں روشنی کے تحت کیفیت کی توان کی تولید کو حاصل کرنے کے لیے)۔

لیکن زیادہ دستیں یا بڑی کیپیسٹی کے انورٹرز کا ہونا ہمیشہ فائدہ مند نہیں ہوتا—کیبل کی دوری، ولٹیج ڈروب، اور لاگت کی کارکردگی کو ضرور دیکھا جانا چاہئے۔ اس لیے، دستیوں سے کومائن باکسز تک اور انورٹرز تک کیبل کی لمبائی اور فوٹوولٹائک بلاک کے علاقے سرمایہ کے واپسی کے تناسب سے تعین کیے جاتے ہیں۔ معاشی بهترین کے لیے، مرکزی انورٹرز کی کیپیسٹی عام طور پر 500 کلو ویٹ سے 630 کلو ویٹ تک ہوتی ہے۔

گرڈ کو ملانے والے فوٹوولٹائک پاور اسٹیشنز کئی اصل سرکٹ کے منصوبوں کو (شکل 1 میں دکھایا گیا ہے) اختیار کرتے ہیں۔ ایکل دستی منصوبہ (سٹیپ-اپ ترانسفارمرز کے ساتھ) آسان ہے لیکن کئی ترانسفارمرز کی ضرورت ہوتی ہے۔ بڑا یونٹ منصوبہ (سٹیپ-اپ ترانسفارمرز کو شامل کرتے ہوئے) میں کلفت اور کارکردگی کو موثر طور پر متعادل کیا جاتا ہے۔

اس مقالے میں پھیلائے گئے یونٹ سیٹنگ کے لیے سپلٹ وائنڈنگ ترانسفارمرز کے استعمال کے فوائد بحث کیے گئے ہیں۔ عام ڈبل وائنڈنگ ترانسفارمرز کے مقابلے میں، ہر فیز میں ایک ہائی وولٹیج وائنڈنگ اور دو لو وولٹیج وائنڈنگ ہوتے ہیں۔ لو وولٹیج وائنڈنگ میں وولٹیج اور کیپیسٹی یکساں ہوتی ہے لیکن ان کے درمیان میگنیٹک کوپلنگ کمزور ہوتی ہے، جس کو شکل 2 میں دکھایا گیا ہے۔

یہ ترانسفارمر عام طور پر تین کارکردگی کے طریقے ہوتے ہیں: ٹرو کارکردگی، ہاف ٹرو کارکردگی، اور سپلٹ کارکردگی۔ جب سپلٹ وائنڈنگ کی کئی شاخیں کل لو وولٹیج وائنڈنگ کو ہائی وولٹیج وائنڈنگ کے خلاف کام کرنے کے لیے متوازی کی جاتی ہیں تو اسے ٹرو کارکردگی کہا جاتا ہے، اور ترانسفارمر کی شارٹ سرکٹ امپیڈنس کو ٹرو امپیڈنس $X 1 - 2$ _. کہا جاتا ہے۔ جب لو وولٹیج سپلٹ وائنڈنگ کی ایک شاخ ہائی وولٹیج وائنڈنگ کے خلاف کام کرتی ہے تو اسے ہاف ٹرو کارکردگی کہا جاتا ہے، اور شارٹ سرکٹ امپیڈنس کو ہاف ٹرو امپیڈنس $X 1 - 2'$ کہا جاتا ہے۔ جب سپلٹ وائنڈنگ کی ایک شاخ دوسری شاخ کے خلاف کام کرتی ہے تو اسے سپلٹ کارکردگی کہا جاتا ہے، اور شارٹ سرکٹ امپیڈنس کو سپلٹ امپیڈنس $X 2 - 2' .$ کہا جاتا ہے۔

2 سپلٹ وائنڈنگ ترانسفارمرز کے فوائد

آسان بحث کے لیے، متمکن محصولات کے تکنیکی پیرامیٹرز کو عام ڈبل وائنڈنگ ترانسفارمرز کے ساتھ کمیٹیٹیو مقایسے کے لیے نقل کیا گیا ہے۔ ایک 2500 kVA سپلٹ وائنڈنگ ترانسفارمر لیں: 37 ± 2×2.5% / 0.36 kV / 0.36 kV، 50 Hz، شارٹ سرکٹ ریاکٹنس پرسنٹیج 6.5%，全穿阻抗百分比 6.5%，半穿阻抗百分比 11.7%，分裂系数 < 3.6%。计算得出：

全穿阻抗： $X 1 - 2 = X 1 + X 2 // X 2$

半穿阻抗： X_{1 - 2'} = X₁ + X₂

标幺值：

高压侧分支阻抗：

低压侧分支阻抗：

2.1 减少短路电流

在图2中的d₁处发生短路时，短路电流有三个分量：来自系统（高压侧，具有非衰减周期分量），非故障分支I''_p1和故障分支I''_p2。对于故障分支上的低压断路器，其开断容量考虑了系统和非故障分支电流的总和。使用分裂绕组变压器时：

系统提供的短路电流：

逆变器型分布式电源的短路电流是额定电流的2-4倍（持续时间1.2-5毫秒，0.06-0.25个周期），非故障分支电流约为4 kA。对于普通双绕组变压器（为了可比性，假设u_k% = 6.5，与分裂绕组变压器的全穿阻抗百分比u_{k1 - 2%}相同：

标幺阻抗为：

系统提供的短路电流为：

还有来自非故障分支的额外贡献。显然，使用分裂绕组变压器进行扩展单元接线显著降低了低压侧分支断路器的开断容量要求。

假设并联模块的参数完全相同，并且逆变器的MPPT控制参数也相同。那么C₁ = C₂ = C，L₁ = L₂ = L，每个逆变器的电感电流为：

可以看出，每个逆变器的电感电流由两部分组成：第一部分是负载电流，两个逆变器都相同；第二部分是环流，与逆变器输出电压的幅值、相位和频率差异有关。

目前，光伏电站中逆变器的主要控制逻辑是最大功率点跟踪（MPPT）。太阳能电池组件具有内部和外部电阻。当MPPT控制使这些电阻在某一时刻相等时，光伏组件在最大功率点运行。以图3为例，逆变器1输出的有功功率P₁和无功功率Q₁为：

2.3 维持非故障分支的电压

以图2和图3为例，光伏电站通常采用集中式逆变器-变压器布局，逆变器和变压器之间的电缆阻抗可以忽略不计。使用普通双绕组变压器时，非故障分支的电压会降至零电位。在这种情况下，通常使用继电保护来延迟非故障分支断路器的操作，以减少故障切除范围。然而，这种方法可能无法满足光伏电站的保护要求。如果故障分支的切除时间超过逆变器的低电压穿越能力，非故障分支将被迫从电网断开，增加了扩大故障范围的风险。

使用分裂绕组变压器时，由于存在分裂阻抗，系统提供的短路电流相当于分裂绕组变压器的半穿模式操作。非故障分支逆变器提供的短路电流相当于分裂绕组变压器的分裂模式操作。在短路瞬间，非故障分支逆变器的输出电压U''₂为I''_s × X'₂+ I''_p2 × (X''₂ + X'''₂)。由于高压侧是无限系统，根据之前的讨论，I''_s远大于I''_p2。因此，第一部分I''_s × X'₂不衰减且大于第二部分I''_p2 × (X''₂ + X'''₂)。