Configuració d'enrotllament de transformadors de tipus sec per a la generació d'energia fotovoltaica connectada a xarxa
La generació d'energia fotovoltaica solar, una forma clau d'utilitzar l'energia solar, converteix la llum solar en electricitat mitjançant cèl·lules solars. Lliure de limitacions de recursos, materials o ambientals i ecològicament amigable, té amplis prospects i és una tecnologia renovable prioritària a nivell global. En els sistemes fotovoltaics connectats a la xarxa, els transformadors (elements clau de conversió d'energia) són essencials. Els transformadors actuals d'augment de tensió per PV utilitzen principalment unitats de la sèrie SC de 10 kV/35 kV amb aïllament d'epoxi, dividides en tipus de dos bobinatges i doble divisió. Aquest article detalla la seva selecció.
1 Transformadors de dos bobinatges de tipus sec
La estructura dels transformadors de dos bobinatges de tipus sec per PV (com es mostra a la Figura 1, referència original conservada) no difereix gaire de la dels transformadors de distribució tradicionals de tipus sec en disseny, procés i fabricació—la diferència fonamental és el seu paper d'augment de tensió. Normalment, un únic inversor rep un element de dos bobinatges compatible basat en la seva potència de sortida nominal i la tensió de la xarxa.
Atès que la connexió a terra del punt neutre del transformador de tipus sec pot fallar durant l'operació de l'inversor i existeixen harmòniques, el grup de connexió és generalment Dy11 per assegurar el funcionament estable de l'equipament.
2 Transformadors de doble divisió de tipus sec
En els darrers anys, per limitar les corrents de curtcircuït i reduir els costos inicials, es van adoptant cada vegada més els transformadors dividits (amb un bobinatge, normalment de baixa tensió, dividit en branques elèctricament desconnectades ²). Per als projectes PV, són comuns els transformadors de doble divisió: dues unitats d'inversor independents es connecten a dues branques del bobinatge de doble divisió, operables independentment o conjuntament.Considerant les harmòniques de l'inversor, el grup de connexió és normalment D, y11y11 o Y, d11d11. A nivell domèstic, són estructuralment dividits axialment o radialment.
Com es mostra a la Figura 2 (referència original), el bobinatge de baixa tensió té dues branques distribuïdes axialment al mateix nucli. Les branques no tenen couplament elèctric però sí magnètic (el grau depèn de la estructura ²), i poden ser segmentals o de fil enrrollat. El bobinatge de alta tensió té dues branques paral·leles que coincideixen amb les de baixa tensió, amb especificacions similars i capacitat total igual a la del transformador.
2.1 Transformadors de doble divisió axial de tipus sec
Amb una estructura simètrica i fuga de flux uniforme, funciona bé en operació total o semitotal. La gran impedància entre les branques dividides axialment redueix les corrents de curtcircuït, assegurant que una branca pugui funcionar si l'altra falla.
No obstant això, el seu bobinatge de alta tensió (dos bobinatges paral·lels) duplica les voltes però divideix per la meitat la secció transversal del conductor respecte a la convencional. Un disseny D-connex de 35kV presenta problemes de producció del bobinatge (control de voltes, baixa eficiència), afectant la seguretat i la fiabilitat.
A més, els bobinatges de baixa tensió superior i inferior (disposats verticalment) tenen una diferència de temperatura d'aproximadament 20K (el superior és més calent degut a la convecció de l'aire). Per tant, el disseny i la fabricació necessiten controls reforçats de pujada de temperatura i una tria adequada de l'aïllament.
2.2 Transformadors de doble divisió radial de tipus sec
Els transformadors de doble divisió radial de tipus sec comuns (disposició estructural a la Fig. 3) tenen dues branques de bobinatge de baixa tensió distribuïdes radialment (normalment de fil enrrollat, degut a la especificitat estructural) i un únic bobinatge de alta tensió integral.
El bobinatge de alta tensió, amb voltes i secció transversal del conductor normalment seleccionades, ofereix un procés de bobinatge i una eficiència millors que els tipus de doble divisió axial. La seva quasi-perfecta simetria assegura un bon equilibri d'amper-voltes en operació total o semitotal, així com una pujada de temperatura uniforme del bobinatge de baixa tensió.
No obstant això, els bobinatges de baixa tensió dividits radialment tenen una petita impedància de divisió i una gran capacitance de couplament, augmentant la interferència interbobinatge. Això impacta la qualitat de la potència de sortida i la fiabilitat dels components de l'inversor, requerrint ajustos al bucle de control del costat de l'inversor i al sistema.
2.3 Transformadors de doble divisió especials de tipus sec
La Fig.4 mostra un disseny híbrid que combina divisions axials (bobinatge de baixa tensió segmental o de fil enrrollat) i radials (única de alta tensió). Aquest híbrid aborda els problemes de les divisions de baixa tensió radial i de alta tensió axial, reduint els costos i millorant l'eficiència de fabricació.
No obstant això, l'operació semitotal (per exemple, degut a factors ambientals o falles de l'inversor) causa un desequilibri d'amper-voltes greu, conduint a fuga de flux al final del bobinatge i supercalor. Aquest disseny és, per tant, d'alt risc.
3 Conclusió
Els transformadors PV connectats a la xarxa utilitzen principalment configuracions de dos bobinatges (D, y11 d'augment) o de doble divisió. Recomanacions clau per a dissenys de doble divisió:
Mantenir suficient impedància de divisió de baixa tensió per a la qualitat de la potència.
Tindre en compte les diferències de temperatura de la divisió axial en la selecció de l'aïllament.
Utilitzar Y, d11d11 per a aplicacions de 35kV.
Evitar dissenys híbrids especials degut als riscos de l'operació semitotal.
