پیکربندی پیچشی ترانسفورماتورهای خشک برای تولید انرژی خورشیدی متصل به شبکه

Dyson

ميدان: پايگاه هاي برقى

China

پرتو خورشیدی تولید برق، که یکی از شکل‌های کلیدی استفاده از انرژی خورشیدی است، به وسیله سلول‌های خورشیدی نور را به برق تبدیل می‌کند. آزاد از محدودیت منابع، مواد و محیط زیست و دوستانه با محیط زیست، آن دارای پیش‌بینی‌های گسترده‌ای است و یکی از فناوری‌های تجدیدپذیر اولویتی در سطح جهانی است. در سیستم‌های فتوولتائیک متصل به شبکه، ترانسفورماتورها (تجهیزات اصلی تبدیل انرژی) ضروری هستند. ترانسفورماتورهای بالابر حاضر برای فتوولتائیک عمدتاً از نوع SC-سری با عایق اپوکسی خشک و با ولتاژ 10 kV/35 kV است و به دو نوع دو‌پیچه و دو‌بخش تقسیم می‌شوند. این مقاله به انتخاب آن‌ها می‌پردازد.

1 ترانسفورماتورهای خشک دو‌پیچه

ساختار ترانسفورماتورهای خشک دو‌پیچه برای فتوولتائیک (مانند شکل 1، مرجع اصلی حفظ شده) از نظر طراحی، فرآیند و ساخت با ترانسفورماتورهای توزیع خشک سنتی تفاوت زیادی ندارد - تفاوت اصلی نقش بالابری آن‌ها است. معمولاً، یک مبدل معکوس یک واحد دو‌پیچه متناسب با خروجی اسمی و ولتاژ شبکه خود دارد.

با توجه به اینکه نقطه میانی ترانسفورماتور خشک ممکن است در حین عملکرد مبدل معکوس خراب شود و هارمونیک‌ها وجود دارد، گروه اتصال آن‌ها معمولاً Dy11 است تا اطمینان از عملکرد پایدار تجهیزات داشته باشیم.

2 ترانسفورماتورهای خشک دو‌بخش

در سال‌های اخیر، برای محدود کردن جریان‌های کوتاه و کاهش هزینه‌های سرمایه‌گذاری، از ترانسفورماتورهای دو‌بخش (که یک پیچه، معمولاً با ولتاژ پایین، به شاخه‌های الکتریکی جدا شده تقسیم می‌شود) استفاده بیشتر شده است. برای پروژه‌های فتوولتائیک، ترانسفورماتورهای دو‌بخش معمول هستند: دو واحد مبدل مستقل به دو شاخه پیچه دو‌بخش متصل می‌شوند که می‌توانند مستقل یا همزمان عمل کنند.با توجه به هارمونیک‌های مبدل، گروه اتصال آن‌ها معمولاً D, y11y11 یا Y, d11d11 است. در داخل کشور، آن‌ها از نظر ساختاری به صورت محوری یا شعاعی تقسیم می‌شوند.

همانطور که در شکل 2 (مرجع اصلی) نشان داده شده است، پیچه با ولتاژ پایین دارای دو شاخه در یک محور روی همان هسته است. شاخه‌ها هیچ اتصال الکتریکی اما کوپلینگ مغناطیسی (درجه آن بستگی به ساختار دارد) دارند و می‌توانند به صورت قطاعی یا سیم‌پیچ باشند. پیچه با ولتاژ بالا دارای دو شاخه موازی متناسب با پیچه با ولتاژ پایین است، با مشخصات مشابه و ظرفیت کلی برابر با ترانسفورماتور است.

2.1 ترانسفورماتورهای خشک دو‌بخش محوری

با یک ساختار متقارن و نشت مغناطیسی یکنواخت، عملکرد خوبی در عملیات عبوری/نیمه‌عبوری دارد. مقاومت بزرگ بین شاخه‌های محوری تقسیم‌شده جریان‌های کوتاه را کاهش می‌دهد و اطمینان می‌دهد که یک شاخه می‌تواند در صورت خرابی شاخه دیگر عمل کند.

با این حال، پیچه با ولتاژ بالا (دو سیم‌پیچ موازی) دوران دو برابر و مقطع مس نصف مس سنتی است. یک طراحی 35kV متصل به D با مشکلات تولید سیم‌پیچ (کنترل دوران، کارایی پایین) مواجه است که امنیت و قابلیت اعتماد را تحت تأثیر قرار می‌دهد.

همچنین، پیچه‌های با ولتاژ پایین بالا/پایین (به صورت عمودی مرتب شده) اختلاف دما حدود 20K دارند (بالا گرم‌تر است به دلیل همرفت هوا). بنابراین، طراحی و ساخت نیاز به بررسی‌های دقیق افزایش دما و انتخاب عایق مناسب دارد.

2.2 ترانسفورماتورهای خشک دو‌بخش شعاعی

ترانسفورماتورهای خشک دو‌بخش شعاعی معمول (طرح ساختاری در شکل 3) دارای دو شاخه پیچه با ولتاژ پایین که به صورت شعاعی توزیع شده‌اند (معمولاً سیم‌پیچ، به دلیل خاصیت ساختاری) و یک پیچه با ولتاژ بالا یکپارچه هستند.

پیچه با ولتاژ بالا، با دوران و مقطع مس انتخاب شده به طور معمول، عملکرد و کارایی سیم‌پیچ بهتری نسبت به ترانسفورماتورهای دو‌بخش محوری دارد. تقارن نزدیک به کامل آن اطمینان می‌دهد که تعادل دوران-امپر در عملیات عبوری/نیمه‌عبوری خوب است و افزایش دما در پیچه با ولتاژ پایین یکنواخت است.

با این حال، پیچه‌های با ولتاژ پایین تقسیم‌شده شعاعی دارای مقاومت تقسیم کوچک و ظرفیت کوپلینگ بزرگ هستند که مداخله بین پیچه‌ها را افزایش می‌دهد. این اثر خروجی قدرت و قابلیت اعتماد مؤلفه‌های مبدل را تحت تأثیر قرار می‌دهد و نیاز به تعدیل حلقه کنترل سمت مبدل و سیستم دارد.

2.3 ترانسفورماتورهای خشک دو‌بخش خاص

شکل 4 یک طراحی ترکیبی را نشان می‌دهد که شامل تقسیم‌های محوری (پیچه با ولتاژ پایین قطاعی/سیم‌پیچ) و شعاعی (پیچه با ولتاژ بالا یکپارچه) است. این طرح ترکیبی مشکلات پیچه با ولتاژ پایین شعاعی و پیچه با ولتاژ بالا محوری را حل می‌کند و هزینه‌ها را کاهش می‌دهد و کارایی تولید را افزایش می‌دهد.

با این حال، عملیات نیمه‌عبوری (مثلاً به دلیل عوامل محیطی یا خرابی مبدل) باعث اختلال شدید در تعادل دوران-امپر می‌شود که منجر به نشت مغناطیسی پیچه‌های انتهایی و گرم شدن می‌شود. این طراحی بنابراین ریسک بالایی دارد.