پیکربندی پیچش در ترانسفورماترهای خشک برای تولید نیروی فتوولتائیک متصل به شبکه

فیلد: استانداردهای برق

China

تولید برق فتوولتائیک خورشیدی، که یکی از شکل‌های کلیدی استفاده از انرژی خورشیدی است، از طریق سلول‌های خورشیدی نور را به برق تبدیل می‌کند. با عدم وابستگی به منابع، مواد یا محدودیت‌های زیست‌محیطی و دوستانه با محیط زیست، آن دارای پیش‌بینی‌های گسترده‌ای است و یکی از فناوری‌های انرژی تجدیدپذیر اولویتی در سراسر جهان محسوب می‌شود. در سیستم‌های فتوولتائیک متصل به شبکه، ترانسفورماتورها (تجهیزات اصلی تبدیل انرژی) ضروری هستند. ترانسفورماتورهای بالابر جاری برای فتوولتائیک عمدتاً از واحد خشک بدون رزین SC-سری با عایق اپوکسی 10 kV/35 kV استفاده می‌کنند که به دو نوع دوپیچه و دوپیچه دوگانه 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 بالابر آنها است. معمولاً، یک مبدل معکوس یک ترانسفورماتور دوپیچه متناسب با خروجی اسمی و ولتاژ شبکه خود دریافت می‌کند.

با توجه به اینکه زمین‌گذاری نقطه محاوره ترانسفورماتور خشک می‌تواند در عملکرد مبدل معکوس شکست بخورد و هارمونیک‌ها وجود دارند، گروه اتصال آنها معمولاً Dy11 است تا اجرای پایدار تجهیزات را تضمین کند.

2 ترانسفورماتورهای خشک دوپیچه دوگانه

در سال‌های اخیر، برای محدود کردن جریان‌های کوتاه‌مداری و کاهش هزینه‌های سرمایه‌گذاری، از ترانسفورماتورهای دوگانه (با یک پیچه، معمولاً پیچه با ولتاژ پایین، به شاخه‌های الکتریکی جدا شده ²) به طور گسترده‌تری استفاده می‌شود. برای پروژه‌های فتوولتائیک، ترانسفورماتورهای دوپیچه دوگانه رایج هستند: دو واحد مبدل معکوس مستقل به دو شاخه پیچه دوپیچه دوگانه متصل می‌شوند و می‌توانند به طور مستقل یا مشترک 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 تقسیم‌بندی شده‌اند.

همانطور که در شکل 2 (مرجع اصلی) نشان داده شده است، پیچه با ولتاژ پایین دارای دو شاخه به صورت محوری توزیع شده روی همان هسته است. شاخه‌ها هیچ اتصال الکتریکی اما جفت مغناطیسی (درجه‌ای که به ساختار ² بستگی دارد) ندارند و می‌توانند قطعه‌ای یا پیچه‌ای باشند. پیچه با ولتاژ بالا دارای دو شاخه موازی متناسب با شاخه‌های با ولتاژ پایین است که مشخصات مشابهی دارند و ظرفیت کلی برابر با ترانسفورماتور است.

2.1 ترانسفورماتورهای خشک دوپیچه دوگانه محوری

با یک ساختار متقارن و جریان تسربی یکنواخت، عملکرد خوبی در عملکرد کامل/نصف کامل دارد. مقاومت بالای بین شاخه‌های محوری تقسیم‌بندی شده جریان‌های کوتاه‌مداری را کاهش می‌دهد و اطمینان می‌دهد که یک شاخه می‌تواند در صورت خرابی شاخه دیگر اجرا شود.

با این حال، پیچه با ولتاژ بالا (دو پیچه موازی) دوران را دوبرابر می‌کند اما مقطع مس را نصف می‌کند در مقایسه با سنتی. طراحی 35kV متصل به D با مشکلات تولید پیچه (کنترل دوران، کارایی پایین) مواجه است که امنیت/قابلیت اعتماد را تحت تأثیر قرار می‌دهد.

همچنین، پیچه‌های با ولتاژ پایین بالایی/پایینی (به صورت عمودی مرتب شده) اختلاف دمای حدود 20K دارند (بالایی به دلیل جابجایی هوا گرم‌تر است). بنابراین، طراحی/تولید نیاز به بررسی‌های افزایش دمای بهبود یافته و انتخاب عایق مناسب دارد.

2.2 ترانسفورماتورهای خشک دوپیچه دوگانه شعاعی

ترانسفورماتورهای خشک دوپیچه دوگانه شعاعی رایج (طرح ساختاری در شکل 3) دارای دو شاخه پیچه با ولتاژ پایین به صورت شعاعی توزیع شده (معمولاً پیچه‌ای، به دلیل خصوصیات ساختاری) و یک پیچه با ولتاژ بالا یکپارچه هستند.

پیچه با ولتاژ بالا، با دوران و مقطع مس انتخاب شده به طور معمول، عملکرد پیچه/کارایی بهتری نسبت به انواع دوپیچه دوگانه محوری دارد. تقارن نزدیک به کامل آن تعادل آمپر-دوران خوبی را در عملکرد کامل/نصف کامل تضمین می‌کند، به علاوه افزایش یکنواخت دما در پیچه با ولتاژ پایین.

با این حال، پیچه‌های با ولتاژ پایین شعاعی تقسیم‌بندی شده مقاومت تقسیم کم و ظرفیت جفت کوپلینگ بزرگ دارند که تداخل بین پیچه‌ها را افزایش می‌دهد. این تأثیر بر کیفیت توان خروجی و قابلیت اعتماد مؤلفه‌های مبدل معکوس دارد، که نیاز به تعدیل حلقه کنترل جانب مبدل و سیستم دارد.

2.3 ترانسفورماتورهای خشک دوپیچه دوگانه ویژه

شکل 4 یک طراحی ترکیبی را نشان می‌دهد که شامل تقسیم‌بندی محوری (پیچه با ولتاژ پایین قطعه‌ای/پیچه‌ای) و شعاعی (پیچه با ولتاژ بالا یکپارچه) است. این طراحی ترکیبی مشکلات پیچه با ولتاژ پایین شعاعی و پیچه با ولتاژ بالا محوری را حل می‌کند، هزینه‌ها را کاهش می‌دهد و کارایی تولید را بهبود می‌بخشد.

با این حال، عملکرد نصف کامل (مثلاً به دلیل عوامل محیطی یا خرابی مبدل) باعث اختلاف شدید آمپر-دوران می‌شود که منجر به جریان تسربی پایانی پیچه و گرم شدن می‌شود. این طراحی بنابراین ریسک بالایی دارد.

3 نتیجه‌گیری

ترانسفورماتورهای فتوولتائیک متصل به شبکه عمدتاً از دوپیچه (بالابر، D, y11) یا کنفیگوراسیون‌های دوپیچه دوگانه استفاده می‌کنند. پیشنهادات کلیدی برای طراحی‌های دوپیچه دوگانه: