Конфигурация обмотките на сухи трансформатори за генерация на фотоелектрична енергия, свързана с мрежата

Слънчевата фотоелектрична генерация, ключова форма на използване на слънчевата енергия, преобразува слънчевата светлина в електричество чрез слънчеви клетки. Без ограничения от ресурси, материали или околната среда и екологично дружелюбива, тя има широки перспективи и е приоритетна възобновяема енергийна технология по света. В свързаните с мрежата PV системи, трансформаторите (основни устройства за преобразуване на енергия) са от основно значение. Сегашните стъп-кавални трансформатори за PV основно използват 10 кВ/35 кВ SC-серии епоксидно изолирани сухи единици, разделени на двоични и двойно разделящи типове. Тази статия детайлно описва техния избор.

1 Двоични сухи трансформатори

Структурата на двоичните сухи трансформатори за PV (както е показано на Фигура 1, първоначалната референция е запазена) не се различава много от традиционните разпределителни сухи трансформатори в дизайна, процеса и производството – основната разлика е техният стъп-кавален роля. Обикновено, за всяко инверторно устройство се подбира съответстващ двоичен блок спрямо неговата номинална мощност и напрежението на мрежата.

Учитывайки, че точката на заземяване на сухия трансформатор може да се повреди по време на операцията на инвертора и наличието на хармоники, техната група на свързване обикновено е Dy11, за да се осигури стабилна работа на оборудването.

2 Двойно разделящи сухи трансформатори

Последните години, за да се ограничат токовете при краткосрочни замыкания и да се намалят капиталовите разходи, все по-често се използват разделящи трансформатори (с едно обмотване, обикновено нисковолтово, разделено на електрически разединени клони ²). За PV проекти, двойно разделящите трансформатори са общи: две независими инверторни устройства се свързват с два клона на двойно разделящото обмотване, които могат да работят независимо или заедно.Учитвайки хармониките на инвертора, техната група на свързване обикновено е D, y11y11 или Y, d11d11. В страната, те са структурно аксиално-разделени или радиално-разделени.

Както е показано на Фигура 2 (първоначалната референция), нисковолтовото обмотване има два аксиално-разпределени клона върху един и същ ядро. Клоновете нямат електрическо, но магнитно свързване (степента зависи от структурата ²), и могат да бъдат сегментни или проводкови. Високоволтовото обмотване има два паралелни клона, съответстващи на нисковолтовите, с подобни спецификации и общата капацитет равнява капацитета на трансформатора.

2.1 Аксиално двойно разделящи сухи трансформатори

Със симетрична структура и равномерен утечен поток, то функционира добре при пропускане/полупропускане. Голямата импеданс между аксиално-разделените клонове намалява токовете при краткосрочни замыкания, осигурявайки, че един клон може да работи, ако другият се повреди.

Однако, неговото високоволтово обмотване (две паралелни обмотвания) удвоява обиколките, но разделя сечението на проводника на две сравнено с традиционните. 35кВ D-свързан дизайн се сблъсква с проблеми в производството на обмотването (контрол на обиколките, ниска ефективност), влияещи на безопасността/надеждността.

Освен това, горните/долните нисковолтови обмотвания (подредени вертикално) имат ~20K температурна разлика (горното е по-топло поради конвекцията на въздуха). Затова, дизайна/производството изисква подобрени проверки на повишаване на температурата и правилен избор на изолацията.

2.2 Радиално двойно разделящи сухи трансформатори

Общи радиално двойно разделящи сухи трансформатори (структурната композиция на Фиг. 3) имат два радиално-разпределени нисковолтови обмотвания (обикновено проводкови, поради специфичната конструкция) и едно цялостно високоволтово обмотване.

Високоволтовото обмотване, с нормално избрани обиколки и сечение на проводника, има по-добър процес на обмотване/ефективност от аксиално двойно разделящите видове. Неговата почти перфектна симетрия осигурява добра балансираност на ампер-обиколките при пропускане/полупропускане, както и равномерно повишаване на температурата на нисковолтовото обмотване.

Однако, радиално-разделените нисковолтови обмотвания имат малка делителна импеданс и големи кулонови емпиричности, увеличавайки интерференцията между обмотванията. Това влияе на качеството на изходната мощност и надеждността на компонентите на инвертора, изискващи корекции в контролния контур и системата на страната на инвертора.

2.3 Специални двойно разделящи сухи трансформатори

Фиг.4 показва хибридна конструкция, комбинираща аксиални (сегментни/проводкови нисковолтови) и радиални (едно високоволтово) разделяния. Този хибрид решава проблемите на радиалните нисковолтови и аксиалните високоволтови, намалявайки разходите и подобрявайки ефективността на производството.

Однако, полупропускането (например, поради екологични фактори или дефекти на инвертора) причинява сериозна дисбалансираност на ампер-обиколките, водейки до утечен поток и прекомерно загряване на крайните обмотвания. Този дизайн е следователно с висок риск.

3 Заключение

Свързаните с мрежата PV трансформатори основно използват двоични (стъп-кавални, D, y11) или двойно разделящи конфигурации. Ключови препоръки за двойно разделящите дизайни:

• Поддържайте достатъчна нисковолтова делителна импеданс за качество на мощността.

• Отчетете температурните разлики при аксиалното разделяне при избора на изолацията.

• Използвайте Y, d11d11 за 35кВ приложения.

• Избягвайте специалните хибридни дизайни поради рисковете при полупропускането.