Yhdistettyjen kuivamuuntajien kytkentäkonfiguraatio verkkoyhdistettyyn PV-sähköntuotantoon

Aurinkosähkö on yksi tärkeä muoto aurinkoenergian käytöstä, joka muuttaa auringonvaloa sähköksi aurinkopaneelien kautta. Se on vapaana resurssirajoitteista, materiaaleista ja ympäristörajoitteista sekä ympäristöystävällistä, mikä antaa sille laajat mahdollisuudet ja sen on yksi ensisijainen uusiutuva energiatekniikka maailmassa. Verkkoihin kytkettyjen aurinkojärjestelmien muuntimissa (pääasiallisessa energia-muuntovälineessä) on olennainen rooli. Nykyiset step-up-muunnimet aurinkojärjestelmille käyttävät pääasiassa 10 kV/35 kV SC-sarjan epoksi-eristyksellisiä kuivamuuntimia, jotka jakautuvat kahteen kulmakierreseenvaihtolevyn ja kaksoispilkkujen muotoihin. Tämä artikkeli tarkastelee niiden valintaa.

1 Kaksi kulmakierreseenvaihtolevyä sisältävät kuivamuunnimet

Kaksi kulmakierreseenvaihtolevyä sisältävien kuivamuuntimien rakenne aurinkojärjestelmissä (kuten kuvassa 1, alkuperäinen viite säilytetään) poikkeaa vain vähän perinteisten jakelu-kuivamuuntimien suunnittelusta, prosesseista ja valmistuksesta – pääero on niiden step-up-roolissa. Yleensä yhden inverterin mukaan sopiva kaksi kulmakierreseenvaihtolevyä sisältävä yksikkö perustuu sen nominoidun tuloksen ja verkon jännitteeseen.

Koska kuivamuuntimen neutraalipisteen kiertyminen voi epäonnistua inverterin toiminnossa ja harmoniset olemassa ovat, niiden yhdistelyryhmä on yleensä Dy11 varmistaakseen laitteen vakavan toiminnan.

2 Kaksoispilkkumuunnimet

Viime vuosina lyhytsulkuvarauksen rajoittamiseksi ja pääomakustannusten vähentämiseksi pilkkumuunnimet (joiden yksi kulmakierreseenvaihtolevy, yleensä alavirtainen, on jaettu sähköisesti erottuneisiin haaroihin ²) ovat yhä useammin käytössä. Aurinkohankkeissa kaksoispilkkumuunnimet ovat yleisiä: kaksi itsenäistä inverteriyksikköä yhdistyy kaksoispilkkujen kulmakierreseenvaihtolevyjen kahteen haaroon, joita voidaan toimittaa itsenäisesti tai yhdessä.Harmonisten invertereiden huomioiden, niiden yhdistelyryhmä on yleensä D, y11y11 tai Y, d11d11. Kotimaassa ne ovat rakenteeltaan aksiaalisesti pilkotut tai radiaalisesti pilkotut.

Kuten kuvassa 2 (alkuperäinen viite), alavirtainen kulmakierreseenvaihtolevy koostuu kahdesta aksiaalisesti levitetystä haarasta samassa ytimessä. Haarat eivät ole sähköisesti yhteydessä, mutta niillä on magneettinen kytkentä (aste riippuu rakenteesta ²), ja ne voivat olla segmentoituneita tai vedettyjä. Korkeavirtainen kulmakierreseenvaihtolevy koostuu kahdesta rinnakkaisesta haarasta, jotka vastaavat alavirtaisia, ja niillä on samankaltaisia ominaisuuksia ja kokonaismäärä on sama kuin muuntimella.

2.1 Aksiaalisesti pilkotut kaksoispilkkumuunnimet

Symmetrinen rakenne ja tasainen vuotava fluxi tekevät siitä hyvän läpi/half-through-toiminnassa. Suuri impedanssi aksiaalisesti pilkotuilla haaroilla vähentää lyhytsulkuvarauksia, varmistamalla, että toinen haara voi toimia, jos toinen epäonnistuu.

Kuitenkin sen korkeavirtainen kulmakierreseenvaihtolevy (kahden rinnakkaisen kulmakierreseenvaihtolevyn) kaksinkertaistaa kierrokset, mutta puolittaa johtimen poikileikkauksen verrattuna perinteisiin. 35kV D-yhdistetylle suunnitelmalle koituu kulmakierreseenvaihtolevyn tuotantoon liittyviä ongelmia (kierrosten hallinta, alhainen tehokkuus), mikä vaikuttaa turvallisuuteen ja luotettavuuteen.

Lisäksi ylä- ja alavirtaiset kulmakierreseenvaihtolevyt (järjestetty pystysuoraan) ovat noin 20K lämpötilan erotuksen (yläpuoli on kuumempi ilman virtauksen takia). Siksi suunnittelu ja valmistus tarvitsevat parannettuja lämpötilan nousun tarkistuksia ja asianmukaista erityyppivalintaa.

2.2 Radiaalisesti pilkotut kaksoispilkkumuunnimet

Yleiset radiaalisesti pilkotut kaksoispilkkumuunnimet (rakennepohja kuvassa 3) koostuvat kahdesta radiaalisesti levitetystä alavirtaisesta kulmakierreseenvaihtolevystä (yleensä vedetty, rakenteellisen erityisyyden vuoksi) ja yhdestä yhtenäisestä korkeavirtaisesta kulmakierreseenvaihtolevystä.

Korkeavirtainen kulmakierreseenvaihtolevy, jolla on normaalisti valitut kierrokset ja johtimen poikileikkaus, on parempi kulmakierreseenvaihtolevyprosessissa ja -tehokkuudessa kuin aksiaalisesti pilkotuilla tyypeillä. Lähes täydellinen symmetria varmistaa hyvän ampeerikierron tasapainon läpi/half-through-toiminnassa, lisäksi tasaisen alavirtaisen kulmakierreseenvaihtolevyn lämpötilan nousun.

Kuitenkin radiaalisesti pilkotut alavirtaiset kulmakierreseenvaihtolevyt ovat pieniä ositusimpedanssia ja suuria kytkentäkapasiteetteja, mikä lisää kulmakierreseenvaihtolevyjen välistä häiriötä. Tämä vaikuttaa tulospotentiaalin laatuun ja inverterikomponenttien luotettavuuteen, mikä edellyttää inverterin puolen ohjauspiirin ja järjestelmän säätöä.

2.3 Erityiset kaksoispilkkumuunnimet

Kuva 4 kuvaa hybridimuotoa, joka yhdistää aksiaalisesti (segmentoidut/vedetty alavirtaiset) ja radiaalisesti (yksi korkeavirtainen) pilkotut. Tämä hybridiryhmä ratkaisee radiaalisesti alavirtaiset ja aksiaalisesti korkeavirtaiset ongelmat, vähentää kustannuksia ja parantaa valmistuksen tehokkuutta.

Kuitenkin half-through-toiminnassa (esimerkiksi ympäristötekijöiden tai inverterin virheiden vuoksi) aiheutuu vakava ampeerikierron epätasapaino, mikä johtaa loppukulmakierreseenvaihtolevyn vuotavaan fluxiin ja ylikuumenemiseen. Tämä suunnitelma on siksi korkean riskin.

3 Johtopäätös

Verkkoihin kytkettyjen aurinkomuuntimien pääasialliset muodot ovat kaksi kulmakierreseenvaihtolevyä (step-up, D, y11) tai kaksoispilkkumuunnimet. Tärkeimmät suositukset kaksoispilkkumuunnin suunnitteluun:

• Pidä riittävä alavirtainen ositusimpedanssi potentiaalin laadun varmistamiseksi.

• Ota huomioon aksiaalisesti pilkotut lämpötilan erot erityyppivalinnassa.

• Käytä Y, d11d11 35kV sovelluksissa.

• Vältä erityisiä hybridimuotoja half-through-toiminnan riskien vuoksi.