Configuración de Enrrollado de Transformadores Secos para Xeración de Enerxía Fotovoltaica Conectada á Rede

A xeración de enerxía fotovoltaica solar, unha forma clave do uso da enerxía solar, converte a luz solar en electricidade a través de células solares. Libre de limitacións de recursos, materiais ou ambientais e ecolóxico, ten amplias perspectivas e é unha tecnoloxía prioritaria de enerxías renovables a nivel global. Nos sistemas fotovoltaicos conectados á rede, as transformadoras (elementos clave de conversión de enerxía) son esenciais. As actuais transformadoras de paso para PV usan principalmente unidades de resina epoxi seca de serie SC de 10 kV/35 kV, divididas en tipos de dúas bobinas e dobre división. Este artigo detalla a súa selección.

1 Transformadoras secas de dúas bobinas

A estrutura das transformadoras secas de dúas bobinas para PV (como na Figura 1, referencia orixinal mantida) difire pouco das tradicionais distribución secas en deseño, proceso e fabricación—o diferenza principal é o seu papel de elevación. Xeralmente, un único inversor obtén unha unidade de dúas bobinas coincidente baseada na súa potencia nominal de saída e no voltaxe da rede.

Dado que o punto neutro da transformadora seca pode fallar durante a operación do inversor e existen harmónicos, o seu grupo de conexión xeralmente é Dy11 para asegurar un funcionamento estable do equipo.

2 Transformadoras secas de dobre división

Nos últimos anos, para limitar as correntes de cortocircuito e reducir os custos iniciais, as transformadoras divididas (con unha bobina, xeralmente de baixa tensión, dividida en ramas eléctricamente desconectadas ²) están sendo cada vez máis adoptadas. Para proxectos de PV, as transformadoras de dobre división son comúns: dúas unidades de inversor independentes conectanse a dúas ramas da bobina de dobre división, operables de forma independente ou xuntas.Considerando os harmónicos do inversor, o seu grupo de conexión xeralmente é D, y11y11 ou Y, d11d11. No país, son estructuralmente divididas axialmente ou radialmente.

Como se mostra na Figura 2 (referencia orixinal), a bobina de baixa tensión ten dúas ramas distribuídas axialmente no mesmo núcleo. As ramas non teñen acoplamento eléctrico pero sí magnético (o grao depende da estrutura ²), e poden ser segmentais ou con filamento. A bobina de alta tensión ten dúas ramas paralelas que coinciden coas de baixa tensión, con especificacións similares e capacidade total igual á da transformadora.

2.1 Transformadoras secas de dobre división axial

Con unha estrutura simétrica e fluxo de fuga uniforme, desempeñase ben na operación completa/meio completa. A gran impedancia entre as ramas divididas axialmente reduce as correntes de cortocircuito, asegurando que unha rama poida funcionar se a outra falla.

No entanto, a súa bobina de alta tensión (dúas bobinas paralelas) duplica as voltas pero reduz a sección transversal do conductor a metade comparada cos convencionais. Un deseño D-conectado de 35kV enfrenta problemas de produción de bobinas (control de voltas, baixa eficiencia), afectando a seguridade/confiabilidade.

Ademais, as bobinas de baixa tensión superior/inferior (dispostas verticalmente) teñen unha diferenza de temperatura de ~20K (a superior máis quente debido á convección de aire). Polo tanto, o deseño/fabricación necesita controles reforzados de aumento de temperatura e selección adecuada do aislante.

2.2 Transformadoras secas de dobre división radial

As transformadoras secas de dobre división radial comúns (disposición estrutural na Fig. 3) teñen dúas ramas de bobina de baixa tensión distribuídas radialmente (xeralmente con filamento, debido á especificidade estrutural) e unha única bobina de alta tensión integral.

A bobina de alta tensión, con voltas e sección transversal do conductor normalmente seleccionadas, presenta un mellor proceso/eficiencia de bobinado que os tipos de dobre división axial. A súa simetría case perfecta asegura un buen equilibrio de ampere-voltas na operación completa/meio completa, máis un aumento uniforme da temperatura da bobina de baixa tensión.

No entanto, as bobinas de baixa tensión divididas radialmente teñen pequena impedancia de división e gran capacitancia de acoplamento, aumentando a interferencia interbobina. Isto afecta a calidade da potencia de saída e a confiabilidade dos compoñentes do inversor, requirendo axustes no bucle de control do lado do inversor e no sistema.

2.3 Transformadoras secas de dobre división especial

A Fig.4 representa un deseño híbrido que combina divisións axiais (bobina de baixa tensión segmental/con filamento) e radiais (única de alta tensión). Este híbrido aborda os problemas de baixa tensión radial e alta tensión axial, reducindo custos e mellorando a eficiencia de fabricación.

No entanto, a operación medio completa (por exemplo, debido a factores ambientais ou fallos do inversor) causa un grave desequilibrio de ampere-voltas, levando a fluxo de fuga nas extremidades da bobina e sobrecalentamento. Este deseño é, polo tanto, de alto risco.

3 Conclusión

As transformadoras PV conectadas á rede usan principalmente configuracións de dúas bobinas (elevación, D, y11) ou de dobre división. Recomendacións clave para diseños de dobre división:

• Manter suficiente impedancia de división de baixa tensión para a calidade da potencia.

• Tener en conta as diferenzas de temperatura na selección do aislante para a división axial.

• Usar Y, d11d11 para aplicacións de 35kV.

• Evitar deseños híbridos especiais debido aos riscos de operación medio completa.