Konfiguracija viklajev suhega transformatorja za povezanje s fotovoltaičnimi elektrarnami na omrežje
Sončna fotovoltaična proizvodnja električne energije, ključna oblika uporabe sončne energije, pretvarja svetlobo v električno energijo preko sončnih celic. Brez omejitev glede virov, materialov ali okolja in ekološko prijazna, ima široke perspektive in je na globalni ravni prednostna tehnologija za obnovljive vire energije. V sistemih s povezanostjo z omrežjem so transformatorji (ključni elementi za pretvorbo energije) nujni. Trenutno se za potrebne transformatorje za nadgradnjo napetosti v fotovoltaiki najpogosteje uporabljajo 10 kV/35 kV SC-serija epoksidno izolirani suhi tip, razdeljeni na dvovitni in dvostranski tip. Ta članek podrobneje opisuje njihovo izbiro.
1 Dvovitni suhi transformatorji
Struktura dvovitnih suhih transformatorjev za fotovoltaiko (kot na Sliki 1, originalna sklica ohranjena) v osnovi ne razlikuje od tradicionalnih distribucijskih suhih transformatorjev v smislu konstrukcije, procesa in proizvodnje – glavna razlika je v njihovi vlogi za nadgradnjo napetosti. Običajno dobri en sam inverter ustrezen dvovitni enoti glede na njegovo nominalno izstopno moč in napetost omrežja.
Ker lahko pri delovanju inverterskega sistema pride do odpovedi neutralne točke suhega transformatorja in obstoje harmoniki, je njihova povezava običajno Dy11, da se zagotovi stabilno delovanje opreme.
2 Dvostranski suhi transformatorji
V zadnjih letih, da bi omejili tokove pri kratkem zaprtju in zmanjšali kapitalske stroške, se vedno bolj uporabljajo razdeljeni transformatorji (s eno navikom, običajno nizkonapetostnim, razdeljenim na električno ločene veje ²). Za projekte s fotovoltaiko so pogosti dvostranski transformatorji: dva neodvisna inverterna enota se poveže s dvema vejama dvostranskega navika, ki se lahko upravljata neodvisno ali skupaj.Ob upoštevanju harmonik inverterskih sistemov, je njihova povezava običajno D, y11y11 ali Y, d11d11. Domestično so strukturno osnovni v osi ali radijalni.
Kot je prikazano na Sliki 2 (originalni sklic), ima nizkonapetostni navik dve osno porazdeljeni vejici na istem jedru. Veji nimata električne, ampak imata magnetno povezanost (stopnja odvisna od strukture ²), in lahko bodo segmentni ali žični. Viškonapetostni navik ima dve vzporedni vejici, ki se ujemata z nizkonapetostnima, z podobnimi specifikacijami in skupno kapaciteto, ki je enaka kapaciteti transformatorja.
2.1 Osovski dvostranski suhi transformatorji
Z simetrično strukturo in enakomerno utrčenim magnetnim tokom, se dobro odvaja pri delovanju skozi/pol-skozi. Velika impedanca med osevnimi vejicami zmanjša tokove pri kratkem zaprtju, kar omogoča, da ena veja deluje, če druga odpade.
Toda, viškonapetostni navik (dva vzporedna navika) ima dvojno število obratov, toda polovico premera vodiča v primerjavi z navadnimi. 35kV D-povezana konfiguracija se sooča z problemi pri proizvodnji navikov (kontrola obratov, nizka učinkovitost), kar vpliva na varnost in zanesljivost.
Prav tako, zgornji/spodnji nizkonapetostni naviki (postavljeni vertikalno) imata temperaturno razliko približno 20K (zgornji toplje zaradi konvekcije zraka). Zato je potrebno oblikovanje in proizvodnja izboljšati kontrole temperature in pravilno izbirati izolacijo.
2.2 Radijalni dvostranski suhi transformatorji
Pogosti radijalni dvostranski suhi transformatorji (strukturalna postavitev na Sliki 3) imata dve radijalno porazdeljeni vejici nizkonapetostnega navika (običajno žični, zaradi strukturne posebnosti) in en integralni viškonapetostni navik.
Viškonapetostni navik, z običajno izbranim številom obratov in premerom vodiča, ima boljše procesiranje navika in učinkovitost kot osevni dvostranski tip. Njegova skoraj popolna simetrija zagotavlja dobro ravnovesje amper-krugov pri delovanju skozi/pol-skozi, plus enakomerno temperaturno povečanje nizkonapetostnega navika.
Toda, radijalno razdeljeni nizkonapetostni naviki imajo majhno impedanco razdelitve in veliko povezovalno kapacitancno, kar poveča mešanje med naviki. To vpliva na kakovost izstopne moči in zanesljivost komponent inverterskega sistema, zahtevajo pa prilagoditve kontrolnega kruga in sistema na strani inverterskega sistema.
2.3 Posebni dvostranski suhi transformatorji
Slika 4 prikazuje hibridno dizajn, ki kombinira osevno (segmentno/žični nizkonapetostni) in radijalno (en sam viškonapetostni) razdelitev. Ta hibrid rešuje probleme radijalnih nizkonapetostnih in osevnih viškonapetostnih, zmanjšuje stroške in izboljšuje učinkovitost proizvodnje.
Toda, delovanje pol-skozi (npr. zaradi okoljskih dejavnikov ali napak inverterskega sistema) povzroča resno neravnovesje amper-krugov, kar vodi do utrčenega magnetnega toka in preseganja temperature na koncu navika. Ta dizajn je torej visoko tvegan.
3 Zaključek
Transformatorji s povezanostjo z omrežjem za fotovoltaiko se glavno uporabljajo v dvovitnih (za nadgradnjo, D, y11) ali dvostranskih konfiguracijah. Ključne priporočila za dvostranske dizajne:
Ohranite zadostno impedanco razdelitve nizkonapetostnega navika za kakovost moči.
Upoštevajte temperaturne razlike med osevnimi vejicami pri izbiri izolacije.
Uporabite Y, d11d11 za aplikacije 35kV.
Izogibajte se posebnim hibridnim dizajnom zaradi tveganj pri delovanju pol-skozi.
