Spændingsforbindelse af tørrtransformatorer til net-integreret solcellestrømfremstilling

Solcelle-fotovoltaisk strømproduktion, en vigtig form for solenergibrug, konverterer sollys til elektricitet via solceller. Uden begrænsninger i ressourcer, materialer eller miljø og miljøvenlig, har den bred udsigt og er en prioriteret fornyelig energiteknologi globalt. I netbundne PV-systemer er transformatorer (kernekonverteringsudstyr) afgørende. Nuværende stigningstransformatorer til PV bruger hovedsageligt 10 kV/35 kV SC-serie epoxy-isolerede tør-type enheder, opdelt i to-vinding- og dobbelt-split typer. Denne artikel detaljerer deres valg.

1 To-vinding tør-type transformatorer

Strukturen af to-vinding tør-type transformatorer til PV (som vist på figur 1, oprindelig reference beholdes) adskiller sig ikke meget fra traditionelle fordelings-tør-type enheder i design, proces og produktion – det afgørende forskel er deres stigningsrolle. Normalt får en enkelt inverter en matchende to-vinding enhed baseret på dens nominelle udgang og nettens spænding.

Eftersom neutralpunkt-jordforbindelsen af tør-type transformator kan mislykkes under inverters drift og harmonier findes, er deres forbindelsesgruppe normalt Dy11 for at sikre stabil drift af udstyret.

2 Dobbelt-split tør-type transformatorer

I de seneste år, for at begrænse kortslutningsstrømme og reducere kapitalomkostninger, bliver split-transformatorer (med en vindings, normalt lavspænding, delt i elektrisk adskilte grene ²) mere anvendt. For PV-projekter er dobbelt-split transformatorer almindelige: to uafhængige inverter-enheder forbinder til to grene af dobbelt-split vindingen, operable uafhængigt eller sammen.Med henblik på inverter-harmonier, er deres forbindelsesgruppe normalt D, y11y11 eller Y, d11d11. Indenlandske er de strukturelt aksial-split eller radial-split.

Som vist på figur 2 (oprindelig reference), har lavspændingsvindingen to aksial fordelt grene på samme kerne. Grene har ingen elektrisk, men magnetisk kobling (graden afhænger af struktur ²), og kan være segmenterede eller trådvundne. Højspændingsvindingen har to parallelle grene, der matcher lavspændingsgrene, med lignende specifikationer og total kapacitet lig med transformatorens.

2.1 Aksial dobbelt-split tør-type transformatorer

Med en symmetrisk struktur og jævn leckageflux, fungerer den godt i gennem/halv-gennem drift. Stort impedans mellem aksial-split grene reducerer kortslutningsstrømme, hvilket sikrer, at en gren kan køre, hvis den anden fejler.

Dog, dens højspændingsvinding (to parallelle vindinger) fordobler antallet af vindinger, men halverer ledningens tværsnit i forhold til konventionelle. En 35kV D-forbundet design står over for vindingsproduktionsproblemer (omgangskontrol, lav effektivitet), som påvirker sikkerhed/tilbageholdenhed.

Desuden har øvre/nedre lavspændingsvindinger (anordnet vertikalt) ca. 20K temperaturforskelle (øvre varmere på grund af luftkonvektion). Så design/produktion kræver forbedrede temperaturstigningskontroller og passende isolationsvalg.

2.2 Radial dobbelt-split tør-type transformatorer

Almindelige radial dobbelt-split tør-type transformatorer (strukturel layout i figur 3) har to radiale fordelt lavspændingsvindinggrene (normalt trådvundne, på grund af strukturel specificitet) og en enkelt integral højspændingsvinding.

Højspændingsvindingen, med normalt valgte vindinger og ledningstværsnit, har bedre vindingsproces/effektivitet end aksial dobbelt-split typer. Dens næsten perfekte symmetri sikrer god ampere-omgangsbalance i gennem/halv-gennem drift, plus jævn lavspændingsvinding temperaturstigning.

Dog, radiale-split lavspændingsvindinger har lille divisionsimpedans og stor koblingskapacitance, hvilket øger inter-vinding-støj. Dette påvirker output-strømkvalitet og inverter-komponent-reliabilitet, kræver justeringer til inverter-side kontrolloop og system.

2.3 Specielle dobbelt-split tør-type transformatorer

Figur 4 viser et hybriddesign, der kombinerer aksial (segmenteret/trådvundne lavspænding) og radial (enkel højspænding) splits. Dette hybridløsning løser problematikken med radiale lavspænding og aksiale højspænding, reducerer omkostninger og forbedrer produktions effektivitet.

Dog, halv-gennem drift (fx pga. miljøfaktorer eller inverterfejl) fører til alvorlig ampere-omgangs ubalance, hvilket fører til endevinding-leckageflux og overophedning. Dette design er derfor højrisiko.

3 Konklusion

Netbundne PV-transformatorer bruger primært to-vinding (stigning, D, y11) eller dobbelt-split konfigurationer. Vigtige anbefalinger for dobbelt-split designs:

• Oprethold tilstrækkelig lavspændingsdivisionsimpedans for strømkvalitet.

• Tag højde for aksiale split temperaturforskelle ved valg af isolation.

• Brug Y, d11d11 for 35kV applikationer.

• Undgå specielle hybrid-designs pga. risici ved halv-gennem drift.