Конфигурация обмоток сухих трансформаторов для подключения к электросети фотovoltaических установок генерации электроэнергии

Солнечная фотоэлектрическая генерация, ключевая форма использования солнечной энергии, преобразует солнечный свет в электроэнергию посредством солнечных элементов. Благодаря отсутствию ограничений по ресурсам, материалам или экологическим факторам, а также своей экологичности, она имеет широкие перспективы и является приоритетной технологией возобновляемой энергии на глобальном уровне. В сетевых фотоэлектрических системах трансформаторы (основное оборудование для преобразования энергии) являются необходимыми. Текущие повышающие трансформаторы для фотоэлектрических систем в основном используют 10 кВ/35 кВ сухие эпоксидные трансформаторы серии SC, которые делятся на двухобмоточные и двойные разделенные типы. В данной статье подробно рассматриваются их выбор.

1 Двухобмоточные сухие трансформаторы

Структура двухобмоточных сухих трансформаторов для фотоэлектрических систем (как показано на рисунке 1, оригинальная ссылка сохранена) мало отличается от традиционных распределительных сухих трансформаторов в плане дизайна, технологии и производства — основное различие заключается в их роли повышения напряжения. Обычно для одного инвертора подбирается соответствующий двухобмоточный трансформатор на основе его номинальной выходной мощности и сетевого напряжения.

Учитывая, что нейтральная точка сухого трансформатора может потерять заземление во время работы инвертора, а гармоники присутствуют, их группа соединения обычно составляет Dy11, чтобы обеспечить стабильную работу оборудования.

2 Двойные разделенные сухие трансформаторы

В последние годы, чтобы ограничить токи короткого замыкания и снизить капитальные затраты, все чаще используются разделенные трансформаторы (с одной обмоткой, обычно низковольтной, разделенной на электрически не связанные ветви ²). Для фотоэлектрических проектов распространены двойные разделенные трансформаторы: два независимых инверторных блока подключаются к двум ветвям двойного разделенного обмоточного контура, которые могут работать независимо или совместно.Учитывая гармоники инверторов, их группа соединения обычно составляет D, y11y11 или Y, d11d11. Внутри страны они имеют осевое или радиальное разделение.

Как показано на рисунке 2 (оригинальная ссылка), низковольтная обмотка имеет две осевые ветви, расположенные на одном сердечнике. Ветви не имеют электрической, но магнитной связи (степень зависит от конструкции ²), и могут быть секционированными или проволочными. Высоковольтная обмотка имеет две параллельные ветви, соответствующие низковольтным, с аналогичными характеристиками и общей мощностью, равной мощности трансформатора.

2.1 Осевые двойные разделенные сухие трансформаторы

Благодаря симметричной конструкции и равномерному рассеиванию магнитного потока, он хорошо работает в режимах сквозного или полусквозного прохождения. Большая импедансная величина между осевыми ветвями уменьшает токи короткого замыкания, обеспечивая возможность работы одной ветви, если другая выходит из строя.

Однако его высоковольтная обмотка (две параллельные обмотки) удваивает количество витков, но уменьшает поперечное сечение проводника по сравнению с традиционными. Конструкция 35 кВ с соединением D сталкивается с проблемами производства обмоток (управление витками, низкая эффективность), что влияет на безопасность и надежность.

Кроме того, верхняя и нижняя низковольтные обмотки (расположенные вертикально) имеют разницу температур около 20 К (верхняя горячее из-за конвекции воздуха). Поэтому дизайн и производство требуют усиленных проверок на повышение температуры и правильного выбора изоляции.

2.2 Радиальные двойные разделенные сухие трансформаторы

Обычные радиальные двойные разделенные сухие трансформаторы (структурная компоновка на рисунке 3) имеют две радиально расположенные ветви низковольтной обмотки (обычно проволочные, из-за специфики конструкции) и одну целостную высоковольтную обмотку.

Высоковольтная обмотка, с нормально выбранным количеством витков и поперечным сечением проводника, имеет лучший процесс обмотки и эффективность, чем осевые двойные разделенные типы. Её почти идеальная симметрия обеспечивает хорошее балансирование ампер-витков в режимах сквозного или полусквозного прохождения, а также равномерное повышение температуры низковольтной обмотки.

Однако радиально разделенные низковольтные обмотки имеют малую разделительную импедансную величину и большую емкость связи, что увеличивает взаимные помехи между обмотками. Это влияет на качество выходной мощности и надежность компонентов инвертора, требуя корректировки контрольного контура и системы на стороне инвертора.

2.3 Специальные двойные разделенные сухие трансформаторы

На рисунке 4 показана гибридная конструкция, сочетающая осевое (секционированное/проволочное низковольтное) и радиальное (одиночное высоковольтное) разделение. Этот гибрид решает проблемы радиального низковольтного и осевого высоковольтного разделения, снижая затраты и повышая эффективность производства.

Однако режим полусквозного прохождения (например, из-за внешних факторов или неисправностей инвертора) вызывает серьезное дисбалансирование ампер-витков, что приводит к утечке магнитного потока на концах обмоток и перегреву. Этот дизайн, таким образом, является высокорискованным.

3 Заключение

Трансформаторы для сетевых фотоэлектрических систем в основном используют двухобмоточные (повышающие, D, y11) или двойные разделенные конфигурации. Основные рекомендации для двойных разделенных конструкций:

• Сохраняйте достаточную разделительную импедансную величину низковольтной обмотки для качества мощности.

• Учитывайте температурные различия осевого разделения при выборе изоляции.

• Используйте Y, d11d11 для применений 35 кВ.

• Избегайте специальных гибридных конструкций из-за рисков, связанных с режимом полусквозного прохождения.