그리드 연결형 태양광 발전용 건식 변압기의 권선 구성
태양광 발전은 태양 에너지를 전기로 변환하는 주요 방식으로, 자원이나 물질, 환경 제한 없이 친환경적입니다. 이는 광범위한 전망을 가지고 있으며, 전 세계적으로 우선적인 재생 가능 에너지 기술 중 하나입니다. 그리드 연결 태양광 시스템에서 변압기는 (핵심 에너지 변환 장비) 필수적입니다. 현재의 태양광용 스텝업 변압기는 주로 10kV/35kV SC 시리즈 에폭시 절연 건식 유닛을 사용하며, 이는 두 개의 와인딩 타입과 더블 스플릿 타입으로 나뉩니다. 이 논문에서는 그 선택에 대해 상세히 설명합니다.
1 두 개의 와인딩 건식 변압기
태양광용 두 개의 와인딩 건식 변압기의 구조(도 1 참조)는 설계, 공정 및 제조 면에서 전통적인 분배용 건식 변압기와 크게 다르지 않으며, 핵심 차이는 스텝업 역할입니다. 일반적으로 단일 인버터는 그 정격 출력과 그리드 전압에 따라 일치하는 두 개의 와인딩 유닛을 얻습니다.
건식 변압기의 중성점 접지가 인버터 작동 중 실패하고 고조파가 존재하기 때문에, 그들의 연결 그룹은 일반적으로 Dy11이며, 이는 장비의 안정적인 작동을 보장합니다.
2 더블 스플릿 건식 변압기
최근에는 단락 회로 전류를 제한하고 자본 비용을 줄이기 위해, 한 와인딩(보통 저전압)을 전기적으로 분리된 가지로 나누는 스플릿 변압기가 점점 더 채택되고 있습니다. 태양광 프로젝트에서는 두 개의 독립적인 인버터 유닛이 더블 스플릿 와인딩의 두 가지 가지에 연결되며, 각각 독립적으로 또는 함께 작동할 수 있는 더블 스플릿 변압기가 일반적입니다. 인버터 고조파를 고려하여, 그들의 연결 그룹은 일반적으로 D, y11y11 또는 Y, d11d11입니다. 국내에서는 구조적으로 축방향 분할 또는 방사형 분할 형태가 있습니다.
도 2(참조)에서 보듯이, 저전압 와인딩은 동일한 코어에 두 개의 축방향으로 분포된 가지를 가지고 있습니다. 가지들은 전기적으로는 연결되지 않지만 자기 결합(구조에 따라 정도가 다름)이 있으며, 세그먼트 또는 와이어 와인딩 형태일 수 있습니다. 고전압 와인딩은 저전압 가지와 일치하는 두 개의 병렬 가지를 가지고 있으며, 유사한 사양을 가지고 있으며 총 용량은 변압기의 용량과 같습니다.
2.1 축방향 더블 스플릿 건식 변압기
대칭적인 구조와 균일한 누설 플럭스로, 통과/반통과 운전에서 우수한 성능을 발휘합니다. 축방향으로 분할된 가지 사이의 큰 임피던스는 단락 회로 전류를 줄여, 다른 가지가 고장났을 때 한 가지가 작동할 수 있도록 합니다.
그러나 고전압 와인딩(두 개의 병렬 와인딩)은 일반적인 것보다 턴 수가 두 배이고 도체 단면적이 반으로 줄어듭니다. 35kV D-연결 설계는 와인딩 제작 문제(턴 제어, 낮은 효율)를 겪게 되며, 이는 안전성과 신뢰성을 저하시킵니다.
또한, 상/하 저전압 와인딩(수직으로 배열됨)은 대류로 인해 상부가 더 뜨거워져 약 20K의 온도 차이가 발생합니다. 따라서 설계 및 제조 시 온도 상승 검사를 강화하고 적절한 절연재를 선택해야 합니다.
2.2 방사형 더블 스플릿 건식 변압기
일반적인 방사형 더블 스플릿 건식 변압기(도 3 구조 배치)는 두 개의 방사형으로 분포된 저전압 와인딩 가지(보통 구조적 특성으로 인해 와이어 와인딩)와 단일 통합 고전압 와인딩을 가지고 있습니다.
고전압 와인딩은 일반적으로 선택된 턴 수와 도체 단면적을 가지고 있으며, 축방향 더블 스플릿 유형보다 더 나은 와인딩 공정 및 효율성을 가집니다. 거의 완벽한 대칭성은 통과/반통과 운전에서 좋은 암페어-턴 균형과 저전압 와인딩의 균일한 온도 상승을 보장합니다.
그러나 방사형으로 분할된 저전압 와인딩은 작은 분할 임피던스와 큰 결합 커패시턴스를 가지고 있어, 와인딩 간 간섭이 증가합니다. 이는 출력 전력 품질과 인버터 구성 요소의 신뢰성에 영향을 미치므로, 인버터 측 제어 루프 및 시스템 조정이 필요합니다.
2.3 특수 더블 스플릿 건식 변압기
도 4는 축방향(분할/와이어 와인딩 저전압)과 방사형(단일 고전압) 분할을 결합한 하이브리드 설계를 나타냅니다. 이 하이브리드 설계는 방사형 저전압과 축방향 고전압의 문제를 해결하여 비용을 줄이고 제조 효율성을 향상시킵니다.
그러나 반통과 운전(예: 환경적 요인 또는 인버터 고장 등)으로 인해 심각한 암페어-턴 불균형이 발생하여 엔드 와인딩 누설 플럭스와 과열이 발생합니다. 이러한 설계는 높은 위험성을 지니고 있습니다.
3 결론
그리드 연결 태양광 변압기는 주로 두 개의 와인딩(스텝업, D, y11) 또는 더블 스플릿 구성을 사용합니다. 더블 스플릿 설계에 대한 주요 권장 사항:
전력 품질을 위해 충분한 저전압 분할 임피던스 유지.
축방향 온도 차이를 고려한 절연재 선택.
35kV 적용에서는 Y, d11d11 사용.
반통과 운전 위험으로 인해 특수 하이브리드 설계 피하기.
