Configuration des enroulements des transformateurs à sec pour la production d'énergie photovoltaïque connectée au réseau
La production d'électricité photovoltaïque solaire, une forme clé d'utilisation de l'énergie solaire, convertit la lumière du soleil en électricité via des cellules solaires. Libre de toute limite de ressource, de matériau ou environnementale et respectueuse de l'environnement, elle présente de vastes perspectives et est une technologie d'énergie renouvelable prioritaire à l'échelle mondiale. Dans les systèmes photovoltaïques raccordés au réseau, les transformateurs (pièces maîtresses de conversion d'énergie) sont essentiels. Les transformateurs élévateurs actuels pour PV utilisent principalement des unités sèches de type époxy isolées en série SC- de 10 kV/35 kV, divisées en types à deux enroulements et à double séparation. Cet article détaille leur sélection.
1 Transformateurs sèches à deux enroulements
La structure des transformateurs sèches à deux enroulements pour PV (comme dans la Figure 1, référence originale conservée) diffère peu des transformateurs de distribution sèches traditionnels en termes de conception, de processus et de fabrication – la différence principale réside dans leur rôle d'élévation. Généralement, un onduleur unique reçoit une unité à deux enroulements correspondante basée sur sa puissance nominale de sortie et la tension du réseau.
Compte tenu du fait que le point neutre du transformateur sec peut être défaillant pendant le fonctionnement de l'onduleur et que des harmoniques existent, leur groupe de connexion est généralement Dy11 pour assurer un fonctionnement stable de l'équipement.
2 Transformateurs sèches à double séparation
Ces dernières années, pour limiter les courants de court-circuit et réduire les coûts de capital, les transformateurs à séparation (avec un enroulement, généralement basse tension, divisé en branches électriquement indépendantes ²) sont de plus en plus adoptés. Pour les projets PV, les transformateurs à double séparation sont courants : deux unités d'onduleurs indépendantes se connectent à deux branches de l'enroulement à double séparation, opérables indépendamment ou ensemble.En considérant les harmoniques des onduleurs, leur groupe de connexion est généralement D, y11y11 ou Y, d11d11. À l'échelle nationale, ils sont structuralement à séparation axiale ou radiale.
Comme le montre la Figure 2 (référence originale), l'enroulement basse tension a deux branches distribuées axialement sur le même noyau. Les branches n'ont pas de couplage électrique mais magnétique (degré dépendant de la structure ²), et peuvent être segmentées ou enroulées. L'enroulement haute tension a deux branches parallèles correspondant aux branches basse tension, avec des spécifications similaires et une capacité totale égale à celle du transformateur.
2.1 Transformateurs sèches à double séparation axiale
Avec une structure symétrique et un flux de fuite uniforme, il se comporte bien en opération traversante/demi-traversante. Une grande impédance entre les branches à séparation axiale réduit les courants de court-circuit, assurant qu'une branche peut fonctionner si l'autre tombe en panne.
Cependant, son enroulement haute tension (deux enroulements parallèles) double les spires mais divise par deux la section du conducteur par rapport à la normale. Un design D-connexe de 35kV rencontre des problèmes de production d'enroulement (contrôle des tours, faible efficacité), affectant la sécurité/fiabilité.
De plus, les enroulements basse tension supérieurs et inférieurs (disposés verticalement) ont une différence de température d'environ 20K (le supérieur étant plus chaud en raison de la convection de l'air). Ainsi, la conception/fabrication nécessite des vérifications renforcées de la montée en température et un choix approprié de l'isolation.
2.2 Transformateurs sèches à double séparation radiale
Les transformateurs sèches à double séparation radiale courants (disposition structurale dans la Fig. 3) ont deux branches d'enroulement basse tension distribuées radialement (généralement enroulées, en raison de la spécificité structurelle) et un enroulement haute tension unique intégral.
L'enroulement haute tension, avec des tours et une section de conducteur normalement sélectionnés, offre un meilleur processus/efficacité d'enroulement que les types à double séparation axiale. Sa symétrie quasi-parfaite assure un bon équilibre d'ampères-tours en opération traversante/demi-traversante, ainsi qu'une montée en température uniforme de l'enroulement basse tension.
Cependant, les enroulements basse tension à séparation radiale ont une faible impédance de division et une grande capacité de couplage, augmentant l'interférence inter-enroulement. Cela impacte la qualité de la puissance de sortie et la fiabilité des composants de l'onduleur, nécessitant des ajustements de la boucle de contrôle côté onduleur et du système.
2.3 Transformateurs sèches à double séparation spéciaux
La Fig.4 illustre un design hybride combinant des séparations axiales (enroulement basse tension segmenté/enroulé) et radiales (enroulement haute tension unique). Ce design hybride résout les problèmes des enroulements basse tension radiaux et haute tension axiaux, réduisant les coûts et améliorant l'efficacité de fabrication.
Cependant, l'opération demi-traversante (par exemple, en raison de facteurs environnementaux ou de pannes d'onduleurs) cause un déséquilibre grave d'ampères-tours, conduisant à un flux de fuite de l'enroulement de fin et à une surchauffe. Ce design est donc à haut risque.
3 Conclusion
Les transformateurs PV raccordés au réseau utilisent principalement des configurations à deux enroulements (élevateur, D, y11) ou à double séparation. Recommandations clés pour les designs à double séparation :
Maintenir une impédance suffisante de division basse tension pour la qualité de la puissance.
Tenir compte des différences de température des séparations axiales dans le choix de l'isolation.
Utiliser Y, d11d11 pour les applications 35kV.
Éviter les designs hybrides spéciaux en raison des risques d'opération demi-traversante.
