Διάταξη Συνενώσεων Χημικών Μετασχηματισμών για Σύνδεση στο Δίκτυο Φωτοβολταϊκών Συστημάτων Παραγωγής Ηλεκτρικής Ενέργειας

Η ηλιακή φωτοβολταϊκή παραγωγή ενέργειας, μία βασική μορφή χρήσης της ηλιακής ενέργειας, μετατρέπει το φως του ήλιου σε ηλεκτρική ενέργεια μέσω ηλιακών κυψελών. Χωρίς περιορισμούς ως προς πόρους, υλικά ή περιβαλλοντικά όρια και φιλική προς το περιβάλλον, διαθέτει ευρείες προοπτικές και είναι μία από τις προτεραιότητες της παγκόσμιας τεχνολογίας ανανεώσιμων πηγών ενέργειας. Στα συστήματα φωτοβολταϊκής ενέργειας που είναι συνδεδεμένα με το δίκτυο, οι μετατροπείς (βασικό εξοπλισμός για τη μετατροπή ενέργειας) είναι απαραίτητοι. Οι σύγχρονες ενισχυτικές μετατροπείς για φωτοβολταϊκά συστήματα χρησιμοποιούν κυρίως 10 kV/35 kV SC-σειρά εποξυδιαμελικά εξοπλισμένους ξηρούς τύπου μετατροπείς, διαιρούμενους σε δύο-συνεντελεσματικούς και διπλά-χωρισμένους τύπους. Αυτό το έγγραφο λεπτομερώς περιγράφει την επιλογή τους.

1 Δίκλινες ξηροί τύποι μετατροπείς

Η δομή των δίκλινων ξηρών τύπων μετατροπείς για φωτοβολταϊκά (όπως στο Σχήμα 1, αρχική αναφορά διατηρείται) διαφέρει ελάχιστα από τους παραδοσιακούς διανομικούς ξηρούς τύπους σε σχεδιασμό, διαδικασία και κατασκευή - η βασική διαφορά είναι ο ρόλος τους ως ενισχυτικοί. Συνήθως, ένας μοναδικός αντιστρόφος έχει έναν αντίστοιχο δίκλινο μετατροπέα με βάση την επιτρεπόμενη εξόδο και την τάση του δικτύου.

Δεδομένου ότι η εδραίωση του ουδέτερου σημείου του ξηρού τύπου μετατροπέα μπορεί να αποτύχει κατά τη λειτουργία του αντιστρόφου και υπάρχουν αρμονικά, η ομάδα σύνδεσης είναι συνήθως Dy11 για να εξασφαλίσει σταθερή λειτουργία του εξοπλισμού.

2 Διπλά-χωρισμένοι ξηροί τύποι μετατροπείς

Τα τελευταία χρόνια, για τον περιορισμό των ρευστών σε σύντομη σύνδεση και τη μείωση των καπιταλιστικών δαπανών, οι χωρισμένοι μετατροπείς (με ένα πλέγμα, συνήθως χαμηλής τάσης, χωρισμένο σε ηλεκτρικά αποσυνδεδεμένες κλάδες ²) είναι όλο και πιο δημοφιλείς. Για φωτοβολταϊκά έργα, οι διπλά-χωρισμένοι μετατροπείς είναι κοινοί: δύο ανεξάρτητα μονάδικα αντιστρόφους ενόπλια συνδέονται με δύο κλάδους του διπλά-χωρισμένου πλέγματος, λειτουργώντας ανεξάρτητα ή μαζί.Λαμβάνοντας υπόψη τα αρμονικά των αντιστρόφων, η ομάδα σύνδεσης είναι συνήθως D, y11y11 ή Y, d11d11. Εδώ, είναι δομικά αξονικά-χωρισμένοι ή ακτινοειδώς-χωρισμένοι.

Όπως φαίνεται στο Σχήμα 2 (αρχική αναφορά), το πλέγμα χαμηλής τάσης έχει δύο αξονικά-κατανεμημένους κλάδους στον ίδιο πυρήνα. Οι κλάδοι δεν έχουν ηλεκτρική αλλά μαγνητική συνδέσεις (βαθμός εξαρτάται από τη δομή ²), και μπορούν να είναι τμηματικά ή σε κατεδάφια. Το πλέγμα υψηλής τάσης έχει δύο παράλληλους κλάδους που αντιστοιχούν στους κλάδους χαμηλής τάσης, με παρόμοια χαρακτηριστικά και συνολική ικανότητα ίση με την του μετατροπέα.

2.1 Διπλά-χωρισμένοι ξηροί τύποι μετατροπείς με αξονική διαίρεση

Με συμμετρική δομή και ομοιόμορφη διαρροή, επιδεικνύει καλή απόδοση σε πλήρη/μισημερινή λειτουργία. Μεγάλη αντίσταση μεταξύ των αξονικά-χωρισμένων κλάδων μειώνει τους ρευστούς σε σύντομη σύνδεση, εξασφαλίζοντας ότι ένας κλάδος μπορεί να λειτουργήσει αν ο άλλος αποτύχει.

Ωστόσο, το πλέγμα υψηλής τάσης (δύο παράλληλα πλέγματα) διπλασιάζει τις στροφές αλλά μειώνει τον τομέα του ηλεκτροδοτικού συνδέσμου σε σύγκριση με το συνηθισμένο. Ένας 35kV D-συνδεδεμένος σχεδιασμός αντιμετωπίζει προβλήματα παραγωγής πλέγματος (έλεγχος στροφών, χαμηλή αποτελεσματικότητα), επηρεάζοντας την ασφάλεια/αξιοπιστία.

Επίσης, τα πλέγματα χαμηλής τάσης (τοποθετημένα κατακόρυφα) έχουν περίπου 20K διαφορά θερμοκρασίας (το πάνω είναι πιο ζεστό λόγω της αερικής συντομοσύνης). Οπότε, ο σχεδιασμός/κατασκευή χρειάζεται ενισχυμένες ελέγχους αύξησης θερμοκρασίας και κατάλληλη επιλογή μεταξύ.

2.2 Διπλά-χωρισμένοι ξηροί τύποι μετατροπείς με ακτινική διαίρεση

Κοινοί ακτινικά-χωρισμένοι ξηροί τύποι μετατροπείς (δομική διάταξη στο Σχήμα 3) έχουν δύο ακτινικά-κατανεμημένους κλάδους πλέγματος χαμηλής τάσης (συνήθως σε κατεδάφια, λόγω δομικής ειδικότητας) και ένα ενιαίο πλέγμα υψηλής τάσης.

Το πλέγμα υψηλής τάσης, με κανονικά επιλεγμένες στροφές και τομέα συνδέσμου, έχει καλύτερη διαδικασία/αποτελεσματικότητα παρά τους αξονικά-χωρισμένους τύπους. Η σχεδόν τέλεια συμμετρία εξασφαλίζει καλή ισορροπία αμπερ-στροφών σε πλήρη/μισημερινή λειτουργία, με ομοιόμορφη αύξηση θερμοκρασίας του πλέγματος χαμηλής τάσης.

Ωστόσο, τα ακτινικά-χωρισμένα πλέγματα χαμηλής τάσης έχουν μικρή αντίσταση διαίρεσης και μεγάλη συνδέσιμη διατάξη, αυξάνοντας την αλληλεπίδραση μεταξύ των πλέγματων. Αυτό επηρεάζει την ποιότητα της εξόδου ενέργειας και την αξιοπιστία των συστατικών του αντιστρόφου, απαιτώντας προσαρμογές στην πλευρά ελέγχου του αντιστρόφου και του συστήματος.

2.3 Ειδικοί διπλά-χωρισμένοι ξηροί τύποι μετατροπείς

Το Σχήμα 4 παρουσιάζει ένα υβριδικό σχεδιασμό που συνδυάζει αξονική (τμηματικά/σε κατεδάφια πλέγματα χαμηλής τάσης) και ακτινική (ενιαίο πλέγμα υψηλής τάσης) διαίρεση. Αυτός ο υβριδικός σχεδιασμός αντιμετωπίζει τα προβλήματα των ακτινικών πλέγματων χαμηλής τάσης και των αξονικών πλέγματων υψηλής τάσης, μειώνοντας τις δαπάνες και βελτιώνοντας την αποτελεσματικότητα κατασκευής.

Ωστόσο, η μισημερινή λειτουργία (π.χ., λόγω περιβαλλοντικών παραγόντων ή λαθών αντιστρόφου) προκαλεί σοβαρή έλλειψη ισορροπίας αμπερ-στροφών, οδηγώντας σε διαρροή μαγνητικού ρεύματος στο τέλος του πλέγματος και υπερθέρμανση. Αυτός ο σχεδιασμός είναι, επομένως, υψηλού κινδύνου.

3 Συμπέρασμα

Οι μετατροπείς φωτοβολταϊκής ενέργειας που είναι συνδεδεμένοι με το δίκτυο χρησιμοποιούν κυρίως δίκλινες (ενισχυτικές, D, y11) ή διπλά-χωρισμένες διατάξεις. Κύριες προτάσεις για τους διπλά-χωρισμένους σχεδιασμούς:

• Διατήρηση αρκετής αντίστασης διαίρεσης χαμηλής τάσης για την ποιότητα της ενέργειας.

• Λογική επιλογή μεταξύ για τη διαφορά θερμοκρασίας της αξονικής διαίρεσης.

• Χρήση Y, d11d11 για εφαρμογές 35kV.

• Αποφυγή ειδικών υβριδικών σχεδιασμών λόγω των κινδύνων της μισημερινής λειτουργίας.