การกำหนดค่าขดลวดของหม้อแปลงแบบแห้งสำหรับการผลิตไฟฟ้าจากพลังงานแสงอาทิตย์เชื่อมต่อกับระบบไฟฟ้า

Dyson

ฟิลด์: มาตรฐานไฟฟ้า

China

การผลิตไฟฟ้าจากพลังงานแสงอาทิตย์เป็นรูปแบบหลักของการใช้พลังงานแสงอาทิตย์ที่แปลงแสงแดดเป็นไฟฟ้าผ่านเซลล์แสงอาทิตย์ ไม่มีข้อจำกัดเรื่องทรัพยากรวัสดุหรือสิ่งแวดล้อมและเป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม มีอนาคตที่กว้างขวางและเป็นเทคโนโลยีพลังงานทดแทนที่สำคัญระดับโลก ในระบบพลังงานแสงอาทิตย์เชื่อมต่อสายส่ง หม้อแปลง (อุปกรณ์แปลงพลังงานหลัก) เป็นสิ่งจำเป็น ปัจจุบันหม้อแปลงเพิ่มแรงดันสำหรับระบบ PV ส่วนใหญ่ใช้หม้อแปลงชนิดแห้ง SC-series ฉนวนอีพ็อกซี่ แรงดัน 10 kV/35 kV แบ่งออกเป็นสองประเภทคือ สองวงจรและสองวงจรแยก บทความนี้กล่าวถึงการเลือกใช้

1 หม้อแปลงชนิดแห้งสองวงจร

โครงสร้างของหม้อแปลงชนิดแห้งสองวงจรสำหรับ PV (ดังแสดงในภาพที่ 1 รักษาอ้างอิงเดิม) แตกต่างน้อยจากการออกแบบกระบวนการและการผลิตหม้อแปลงชนิดแห้งกระจายกำลังแบบดั้งเดิม ความแตกต่างหลักคือบทบาทในการเพิ่มแรงดัน โดยทั่วไปแล้วเครื่องแปลงไฟฟ้าแต่ละตัวจะได้รับหม้อแปลงสองวงจรที่ตรงกับกำลังไฟฟ้าที่ระบุและแรงดันไฟฟ้าในสายส่ง

เนื่องจากจุดกลางของหม้อแปลงชนิดแห้งอาจล้มเหลวระหว่างการทำงานของเครื่องแปลงไฟฟ้าและมีฮาร์โมนิก การเชื่อมต่อของหม้อแปลงโดยทั่วไปจะเป็น Dy11 เพื่อให้แน่ใจว่าอุปกรณ์ทำงานอย่างเสถียร

2 หม้อแปลงชนิดแห้งสองวงจรแยก

ในช่วงหลายปีที่ผ่านมา เพื่อลดกระแสไฟฟ้าลัดวงจรและลดต้นทุนการลงทุน หม้อแปลงแยก (ที่มีวงจรหนึ่ง ปกติเป็นวงจรแรงดันต่ำ ถูกแบ่งออกเป็นสาขาที่ไม่เชื่อมต่อทางไฟฟ้า ²) ได้รับการนำมาใช้มากขึ้น สำหรับโครงการ PV หม้อแปลงสองวงจรแยกเป็นที่นิยม: สองหน่วยเครื่องแปลงไฟฟ้าอิสระเชื่อมต่อกับสองสาขาของวงจรสองวงจรแยก สามารถทำงานอิสระหรือร่วมกันได้เมื่อพิจารณาฮาร์โมนิกของเครื่องแปลงไฟฟ้า การเชื่อมต่อโดยทั่วไปจะเป็น D, y11y11 หรือ Y, d11d11 ภายในประเทศ โครงสร้างของหม้อแปลงเหล่านี้จะเป็นการแบ่งตามแกนหรือตามรัศมี

ดังแสดงในภาพที่ 2 (รักษาอ้างอิงเดิม) วงจรแรงดันต่ำมีสองสาขาที่กระจายตามแกนบนแกนเดียวกัน สาขาไม่มีการเชื่อมต่อทางไฟฟ้า แต่มีการเชื่อมต่อทางแม่เหล็ก (ระดับขึ้นอยู่กับโครงสร้าง ²) และสามารถเป็นแบบเซกเมนต์หรือแบบพันลวด วงจรแรงดันสูงมีสองสาขาขนานที่ตรงกับวงจรแรงดันต่ำ พร้อมคุณสมบัติคล้ายคลึงกันและกำลังรวมเท่ากับกำลังของหม้อแปลง

2.1 หม้อแปลงชนิดแห้งสองวงจรแยกตามแกน

ด้วยโครงสร้างสมมาตรและฟลักซ์รั่วไหลอย่างสม่ำเสมอ ทำให้ทำงานได้ดีในการดำเนินงานผ่าน/ครึ่งผ่าน ความต้านทานสูงระหว่างสาขาที่แยกตามแกนลดกระแสไฟฟ้าลัดวงจร ทำให้สาขาระหว่างอื่น ๆ สามารถทำงานได้หากสาขาระหว่างหนึ่งล้มเหลว

อย่างไรก็ตาม วงจรแรงดันสูง (สองวงจรขนาน) มีจำนวนรอบเป็นสองเท่า แต่พื้นที่ตัดขวางของตัวนำเป็นครึ่งหนึ่งเมื่อเทียบกับแบบดั้งเดิม การออกแบบ D-Connected ที่ 35kV พบปัญหาในการผลิตวงจร (ควบคุมจำนวนรอบ ประสิทธิภาพต่ำ) ซึ่งส่งผลต่อความปลอดภัยและความน่าเชื่อถือ

นอกจากนี้ วงจรแรงดันต่ำส่วนบน/ล่าง (จัดเรียงแนวตั้ง) มีความแตกต่างของอุณหภูมิประมาณ 20K (ส่วนบนร้อนกว่าเนื่องจากการพาความร้อนของอากาศ) ดังนั้นการออกแบบและการผลิตต้องตรวจสอบการเพิ่มอุณหภูมิอย่างละเอียดและเลือกฉนวนอย่างเหมาะสม

2.2 หม้อแปลงชนิดแห้งสองวงจรแยกตามรัศมี

หม้อแปลงชนิดแห้งสองวงจรแยกตามรัศมีทั่วไป (โครงสร้างในภาพที่ 3) มีสองสาขาของวงจรแรงดันต่ำที่กระจายตามรัศมี (โดยทั่วไปเป็นแบบพันลวด เนื่องจากโครงสร้างเฉพาะ) และวงจรแรงดันสูงแบบรวมเดียว

วงจรแรงดันสูง ด้วยจำนวนรอบและพื้นที่ตัดขวางของตัวนำที่เลือกตามปกติ มีกระบวนการและประสิทธิภาพการพันที่ดีกว่าหม้อแปลงสองวงจรแยกตามแกน ความสมมาตรที่เกือบสมบูรณ์ทำให้การสมดุลของแอมแปร์-รอบในการดำเนินงานผ่าน/ครึ่งผ่านดี และการเพิ่มอุณหภูมิของวงจรแรงดันต่ำสม่ำเสมอ

อย่างไรก็ตาม วงจรแรงดันต่ำที่แยกตามรัศมีมีความต้านทานการแบ่งต่ำและประจุความจุระหว่างวงจรใหญ่ ทำให้เกิดการแทรกแซงระหว่างวงจรเพิ่มขึ้น ซึ่งส่งผลต่อคุณภาพกำลังไฟฟ้าที่ผลิตและความน่าเชื่อถือของชิ้นส่วนเครื่องแปลงไฟฟ้า ต้องมีการปรับปรุงวงจรควบคุมด้านเครื่องแปลงไฟฟ้าและระบบ

2.3 หม้อแปลงชนิดแห้งสองวงจรแยกพิเศษ

ภาพที่ 4 แสดงการออกแบบผสมผสานระหว่างการแบ่งตามแกน (วงจรแรงดันต่ำแบบเซกเมนต์/พันลวด) และการแบ่งตามรัศมี (วงจรแรงดันสูงเดี่ยว) การออกแบบผสมผสานนี้แก้ไขปัญหาของวงจรแรงดันต่ำที่แบ่งตามรัศมีและวงจรแรงดันสูงที่แบ่งตามแกน ลดต้นทุนและเพิ่มประสิทธิภาพการผลิต

อย่างไรก็ตาม การดำเนินงานครึ่งผ่าน (เช่น เนื่องจากปัจจัยสภาพแวดล้อมหรือข้อผิดพลาดของเครื่องแปลงไฟฟ้า) ทำให้เกิดการไม่สมดุลของแอมแปร์-รอบอย่างรุนแรง นำไปสู่ฟลักซ์รั่วไหลที่ปลายวงจรและเกิดความร้อนสูง ทำให้การออกแบบนี้มีความเสี่ยงสูง