グリッド接続PV発電用ドライ式トランスフォーマの巻線構成

Dyson

フィールド: 電気規格

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太陽光発電は、太陽エネルギーの重要な利用形態であり、太陽電池を用いて日光を電気に変換します。資源や材料、環境制約に縛られず、環境に優しい特性を持ち、広範な可能性があり、世界中で重点的に開発されている再生可能エネルギー技術です。並列接続型太陽光発電システムにおいて、トランスフォーマー（主要なエネルギー変換装置）は不可欠です。現在、主に使用されている太陽光発電向けの昇圧トランスフォーマーは、10kV/35kV SCシリーズエポキシ絶縁乾式ユニットで、二巻線型と二分割型に分かれています。本論文ではそれらの選択について詳しく説明します。

1 二巻線型乾式トランスフォーマー

太陽光発電向けの二巻線型乾式トランスフォーマーの構造（図1参照）は、従来の配電用乾式トランスフォーマーとの設計、製造プロセスに大きな違いはありませんが、その主な役割は昇圧機能にあります。通常、単一のインバータに対して、その定格出力と系統電圧に基づいて適切な二巻線型ユニットが組み合わされます。

乾式トランスフォーマーの中性点接地がインバータ動作中に失敗する可能性や高調波が存在することから、安定した設備運転を確保するために、その接続群は一般的にDy11となります。

2 二分割型乾式トランスフォーマー

近年、短絡電流の制限と初期投資コストの削減のために、分割トランスフォーマー（通常低電圧側の一巻線を電気的に独立した枝に分割したもの）がますます採用されています。太陽光発電プロジェクトでは、二分割型トランスフォーマーが一般的で、二つの独立したインバータユニットが二分割巻線の二つの枝に接続され、それぞれ独立または同時に動作することができます。インバータの高調波を考慮に入れた場合、その接続群は通常D, y11y11またはY, d11d11となります。国内では、これらのトランスフォーマーは軸方向分割または径方向分割の構造を持っています。

図2（元の参照）に示すように、低電圧巻線は同じコア上に二つの軸方向に分布する枝を持っています。枝間には電気的な接続はありませんが、磁気的な結合（程度は構造によります）があり、セグメンタルまたはワイヤ巻きの形式を取り得ます。高電圧巻線は、低電圧巻線に対応する二つの並列枝を持ち、類似の仕様を持ち、全体の容量はトランスフォーマーの容量と等しくなります。

2.1 軸方向二分割型乾式トランスフォーマー

対称的な構造と均一な漏れ磁束を持つため、全通過および半通過動作において良好な性能を発揮します。軸方向に分割された枝間の大きなインピーダンスは、短絡電流を減少させ、一方の枝が故障してももう一方の枝が動作できるようにします。

しかし、高電圧巻線（二つの並列巻線）は、通常よりも巻数が倍になりながら導体断面積が半分になります。35kV D接続設計では、巻線製造上の問題（巻数制御、効率低下）が生じ、安全性と信頼性に影響を与えます。

また、上下に配置された低電圧巻線（垂直に配置）は、空気対流により上方がより高温になります（温度差は約20K）。そのため、設計および製造時には温度上昇チェックと適切な絶縁材の選択が必要です。