Konfiguracija zavojnica suhih transformatora za povezivanje sa mrežom u PV proizvodnji elektricne energije

Generisanje električne energije iz fotovoltaičnih sistema, ključna forma korišćenja solarnih zemaljskih resursa, pretvara sunčevu svetlost u električnu energiju preko solarnih celija. Bez ograničenja resursa, materijala ili okruženja i ekološki prihvatljivo, ima široke perspektive i predstavlja prioritetnu obnovljivu tehnologiju širom sveta. U fotonaponskim sistemima povezanim na mrežu, transformatori (ključni uređaji za pretvaranje energije) su neophodni. Trenutno se uglavnom koriste 10 kV/35 kV SC-serijski epoksi-izolovani suhi tipovi transformatora, koji se dele na dvostruko vijančane i dvostruko podeljene tipove. Ovaj rad detaljno opisuje njihov odabir.

1 Dvostruko vijančani suhi tip transformatora

Struktura dvostruko vijančanih suhoh tipa transformatora za PV (kao na slici 1, originalni referent ostavljen) skoro ne razlikuje od tradicionalnih distribucijskih suhoh tipa po dizajnu, procesu i proizvodnji – ključna razlika je njihova uloga u podizanju napona. Obično, jedan inverter dobija odgovarajući dvostruko vijančani unit u skladu sa svojom nominalnom snagom i naponom mreže.

Uzimajući u obzir da neutralna tačka suhoh tipa transformatora može propasti tokom rada invertora i prisustvo harmonika, njihova grupa spojeva je obično Dy11 kako bi se osiguralo stabilno funkcionisanje opreme.

2 Dvostruko podeljeni suhi tip transformatora

U poslednjih godina, kako bi se ograničili strujni tokovi kratkog spoja i smanjili kapitalni troškovi, sve više se koriste podeljeni transformatori (sa jednim vijančanom, obično niskonaponskim, podeljenim na električki odsečene grane ²). Za PV projekte, često se koriste dvostruko podeljeni transformatori: dva nezavisna invertna jedinica se povezuju sa dvema granama dvostruko podeljenog vijančana, koja mogu raditi nezavisno ili zajedno.Uzimajući u obzir harmonike invertora, njihova grupa spojeva je obično D, y11y11 ili Y, d11d11. Unutrašnji, oni su konstrukcioni aksijalno podeljeni ili radijalno podeljeni.

Kao što je prikazano na slici 2 (originalni referent), niskonaponski vijanac ima dve aksijalno raspoređene grane na istom jezgru. Grade nisu električki, ali su magnetno spregnuti (stepen zavisi od strukture ²), i mogu biti segmentni ili žičani. Visokonaponski vijanac ima dve paralelne grane koje odgovaraju niskonaponskim, sa sličnim specifikacijama i ukupnom kapacitetom jednakom kapacitetu transformatora.

2.1 Aksijalno dvostruko podeljeni suhi tip transformatora

Sa simetričnom strukturom i uniformnim curenjem, dobro funkcioniše u proizvoljnom/poluproizvoljnom režimu. Veliki impedans između aksijalno podeljenih grana smanjuje strujne tokove kratkog spoja, omogućavajući da jedna grana radi ako druga padne.

Međutim, njegov visokonaponski vijanac (dva paralelna vijanca) duplo povećava broj zavojaka, ali polovi presjek vodiča u odnosu na konvencionalne. 35kV D-spojena konstrukcija suočava se sa problemima proizvodnje vijanaca (kontrola zavoja, niska efikasnost), što utiče na bezbednost/pouzdanost.

Takođe, gornji/donji niskonaponski vijanci (raspoređeni vertikalno) imaju oko 20K temperaturnu razliku (gornji topliji zbog konvekcije zraka). Stoga, dizajn/proizvodnja treba da unapredi provere porasta temperature i pravilnu selekciju izolacije.

2.2 Radijalno dvostruko podeljeni suhi tip transformatora

Zajednički radijalno dvostruko podeljeni suhi tip transformatora (strukturalna rasporeda na slici 3) ima dve radijalno raspoređene grane niskonaponskog vijanca (obično žičane, zbog strukturne specifičnosti) i jedinstveni integralni visokonaponski vijanac.

Visokonaponski vijanac, sa normalno odabranim brojem zavojaka i presjekom vodiča, poseduje bolji proces proizvodnje/efikasnost u odnosu na aksijalno dvostruko podeljene tipove. Njegova gotovo savršena simetrija osigurava dobru ravnotežu amper-zavojaka u proizvoljnom/poluproizvoljnom režimu, kao i uniforman porast temperature niskonaponskog vijanca.

Ipak, radijalno podeljeni niskonaponski vijanci imaju mali impedans podeljenja i veliku spojninsku kapacitet, što povećava interferenciju između vijanaca. To utiče na kvalitet isporučene snage i pouzdanost komponenti invertora, zahtevajući prilagođavanje kontrolne petlje i sistema na strani invertora.

2.3 Posebni dvostruko podeljeni suhi tip transformatora

Slika 4 prikazuje hibridni dizajn koji kombinuje aksijalno (segmentni/žičani niskonaponski) i radijalno (jedinstveni visokonaponski) podeljene. Ovaj hibrid rešava probleme radijalno niskonaponskih i aksijalno visokonaponskih, smanjujući troškove i poboljšavajući efikasnost proizvodnje.

Međutim, poluproizvoljan režim (na primer, zbog okruženjskih faktora ili grešaka invertora) dovodi do ozbiljnog neravnoteže amper-zavojaka, što dovodi do curenja na krajevima vijanaca i pregrejavanja. Ovaj dizajn je stoga visokog rizika.

3 Zaključak

Transformatori povezani na mrežu za PV sisteme uglavnom koriste dvostruko vijančane (podizanje, D, y11) ili dvostruko podeljene konfiguracije. Ključne preporuke za dvostruko podeljene dizajne:

• Održavajte dovoljno visok impedans podeljenja niskog napona za kvalitet snage.

• Uzmite u obzir temperaturne razlike aksijalne podelje prilikom odabira izolacije.

• Koristite Y, d11d11 za 35kV primene.

• Izbegavajte posebne hibridne dizajne zbog rizika poluproizvoljnog režima.