Konfiguracja cewek suchych transformatorów do generowania energii PV podłączonych do sieci

Generacja elektryczna z energii słonecznej, kluczowa forma wykorzystania energii słonecznej, przekształca światło słoneczne w prąd elektryczny za pomocą komórek słonecznych. Bez ograniczeń związanych z zasobami, materiałami lub środowiskiem oraz ekologiczna, ma szerokie perspektywy i jest priorytetową technologią odnawialną na świecie. W systemach fotowoltaicznych podłączonych do sieci, transformatory (kluczowe urządzenia do konwersji energii) są niezbędne. Obecnie stosowane są głównie jednostki suchoizolowane epoksydowo typu SC o napięciu 10 kV/35 kV, podzielone na dwuczwarkowe i podwójnie rozdzielone. Ten artykuł szczegółowo opisuje ich wybór.

1 Dwuczwarkowe transformatory suchoizolowane

Konstrukcja dwuczwarkowych transformatorów suchoizolowanych dla PV (jak na Rysunku 1, oryginalna odniesienie zachowane) nie różni się znacznie od tradycyjnych dystrybucyjnych transformatorów suchoizolowanych w zakresie projektu, procesu i produkcji - kluczowa różnica polega na ich roli wzmacniającej. Zazwyczaj pojedynczy inwerter dostaje pasujący do niego dwuczwarkowy moduł w zależności od jego nominalnego wyjścia i napięcia sieciowego.

Biorąc pod uwagę, że punkt neutralny transformatora suchoizolowanego może ulec uszkodzeniu podczas pracy inwertera i występowaniu harmonicznych, ich grupa połączeń jest zazwyczaj Dy11, aby zapewnić stabilne działanie sprzętu.

2 Podwójnie rozdzielone transformatory suchoizolowane

W ostatnich latach, aby ograniczyć prądy zwarciowe i zmniejszyć koszty kapitałowe, coraz częściej stosowane są transformatory podzielone (z jednym zwinięciem, zazwyczaj niskonapięciowym, podzielonym na elektrycznie rozłączne gałęzie ²). W przypadku projektów PV, popularne są podwójnie rozdzielone transformatory: dwa niezależne jednostki inwertera podłączone są do dwóch gałęzi podwójnie rozdzielonego zwinięcia, które mogą działać niezależnie lub razem.Z uwagi na harmoniczne inwertera, ich grupa połączeń jest zazwyczaj D, y11y11 lub Y, d11d11. W kraju są one strukturalnie podzielone osiowo lub promieniowo.

Jak pokazano na Rysunku 2 (oryginalna odniesienie), niskonapięciowe zwinięcie ma dwie osiowo rozmieszczone gałęzie na tym samym rdzeniu. Gałęzie nie mają połączenia elektrycznego, ale magnetycznego (stopień zależy od struktury ²), i mogą być segmentalne lub drutowane. Wysokonapięciowe zwinięcie ma dwie równoległe gałęzie odpowiadające niskonapięciowym, o podobnych parametrach i łącznej pojemności równej pojemności transformatora.

2.1 Osiowo podwójnie rozdzielone transformatory suchoizolowane

Z symetryczną strukturą i jednolitym przeciekającym polem magnetycznym, dobrze sprawdza się w trybie pełnego lub półpełnego przepływu. Duże impedancje między osiowo podzielonymi gałęziami redukują prądy zwarciowe, zapewniając, że jedna gałąź może działać, jeśli druga ulegnie awarii.

Jednak wysokonapięciowe zwinięcie (dwie równoległe zwinięcia) ma podwójną liczbę okrętów, ale połowę przekroju przewodnika w porównaniu z konwencjonalnym. Projekt 35kV z połączeniem D napotyka problemy produkcyjne (kontrola okrętów, niska wydajność), wpływające na bezpieczeństwo i niezawodność.

Ponadto górne i dolne niskonapięciowe zwinięcia (ustawione pionowo) mają różnicę temperatur około 20K (góra jest cieplejsza ze względu na konwekcję powietrza). Dlatego projekt i produkcja wymagają wzmocnionych kontroli podwyższenia temperatury i właściwego wyboru izolacji.

2.2 Promieniowo podwójnie rozdzielone transformatory suchoizolowane

Typowe promieniowo podzielone transformatory suchoizolowane (układ strukturalny na Rysunku 3) mają dwa promieniowo rozmieszczone niskonapięciowe zwinięcia (zazwyczaj drutowane, ze względu na specyfikę strukturalną) i jedno całościowe wysokonapięciowe zwinięcie.

Wysokonapięciowe zwinięcie, z normalnie wybraną liczbą okrętów i przekrojem przewodnika, ma lepszy proces i wydajność zwinięcia niż osiowo podzielone typy. Jego niemal idealna symetria zapewnia dobry balans amperokrutów w trybie pełnego lub półpełnego przepływu, a także jednolite podwyższenie temperatury niskonapięciowego zwinięcia.

Jednak promieniowo podzielone niskonapięciowe zwinięcia mają małe impedancje podziału i duże pojemności sprzężenia, co zwiększa interferencje między zwinięciami. To wpływa na jakość wyjściowej mocy i niezawodność komponentów inwertera, wymagając dostosowań w pętli sterowania po stronie inwertera i systemu.

2.3 Specjalne podwójnie rozdzielone transformatory suchoizolowane

Rysunek 4 przedstawia hybrydowy projekt łączący osiowe (segmentowe/drutowane niskonapięciowe) i promieniowe (pojedyncze wysokonapięciowe) podziały. Ta hybryda rozwiązuje problemy z niskonapięciowymi i wysokonapięciowymi podziałami, obniżając koszty i poprawiając efektywność produkcji.

Jednak tryb półpełnego przepływu (np. ze względu na czynniki środowiskowe lub awarie inwertera) powoduje poważny dysbalans amperokrutów, prowadząc do przecieków pola magnetycznego na końcach zwinięcia i przegrzewania. Ten projekt jest więc wysokiego ryzyka.

3 Wniosek

Transformatory podłączone do sieci PV głównie wykorzystują konfiguracje dwuczwarkowe (wzmacniające, D, y11) lub podwójnie rozdzielone. Kluczowe rekomendacje dla projektów podwójnie rozdzielonych:

• Utrzymuj wystarczającą impedancję podziału niskiego napięcia dla jakości mocy.

• Bierz pod uwagę różnicę temperatur osiowego podziału przy wyborze izolacji.

• Używaj Y, d11d11 w aplikacjach 35kV.

• Unikaj specjalnych hybrydowych projektów ze względu na ryzyko związane z trybem półpełnego przepływu.