Grid-Bağlı Güneş Enerjisi Üretimi için Sıhirsiz Tranformatörlerin Bobin Konfigürasyonu

Güneş fotovoltaik enerji üretimi, güneş enerjisinin kullanılmasının önemli bir şekli olup, güneş hücresi aracılığıyla güneş ışığını elektrik enerjisine dönüştürür. Kaynak, malzeme veya çevresel sınırlamalardan uzak ve çevre dostu olması nedeniyle geniş potansiyele sahiptir ve küresel olarak öncelikli yenilenebilir enerji teknolojilerinden biridir. Şebekeye bağlı fotovoltaik sistemlerde, dönüşüm ekipmanları (dönüşümün temel unsurları) olan transformatörler önemlidir. PV için kullanılan mevcut adımlama transformatörleri genellikle 10 kV/35 kV SC-serisi epoksi izoleli kurutma tipi ünitelerdir ve iki bobinli ve çift bölünmüş türlerine ayrılır. Bu makale, onların seçimi hakkında detaylı bilgi vermektedir.

1 İki Bobinli Kurutma Tipi Transformatörler

PV için iki bobinli kurutma tipi transformatörlerin yapısı (Şekil 1, orijinal referans korunmuştur), tasarım, işlem ve üretim açısından geleneksel dağıtım kurutma tipi transformatörlerden çok farklı değildir - temel farkı, adımlama görevidir. Genellikle, tek bir invertere, belirlenen çıkış güç ve şebeke gerilimine dayalı olarak uygun bir iki bobinli birim eşleştirilir.

Kurutma tipi transformatörün nötr noktasındaki yerleşme inverterin çalışması sırasında başarısız olabileceği ve harmoniklerin var olduğu göz önüne alındığında, bağlantı grubu genellikle Dy11 olarak seçilir, böylece ekipmanın istikrarlı çalışmasını sağlar.

2 Çift Bölünmüş Kurutma Tipi Transformatörler

Son yıllarda, kısa devre akımlarını sınırlamak ve başlangıç maliyetlerini azaltmak için, genellikle düşük gerilimli bobin bölünmüş elektriksel olarak bağlantısız dallara ayrılmış olan bölünmüş transformatörler daha fazla benimsenmiştir. PV projelerinde, çift bölünmüş transformatörler yaygın olarak kullanılır: iki bağımsız inverter birimi, çift bölünmüş bobinin iki dalına bağlanır ve birlikte veya ayrı ayrı işletilebilir.Inverter harmonikleri dikkate alındığında, bağlantı grubu genellikle D, y11y11 veya Y, d11d11'dir. Ülkede, yapısal olarak eksenel bölünmüş veya radyal bölünmüş olabilirler.

Şekil 2'ye (orijinal referans) göre, düşük gerilimli bobin aynı çekirdekte ikiye bölünmüş ve eksenel olarak dağılmıştır. Dal arasında elektriksel değil, manyetik bir bağlantı vardır (bağlantının derecesi yapından bağımlıdır) ve segmental veya tel sarımı olabilir. Yüksek gerilimli bobin, düşük gerilimli bobinle eşleşen iki paralel dal içerir, benzer özelliklere sahiptir ve toplam kapasitesi transformatörün kapasitesine eşittir.

2.1 Eksenel Çift Bölünmüş Kurutma Tipi Transformatörler

Simetrik yapı ve homojen sızıntı akımına sahip olduğundan, tam/half-through operasyonlarında iyi performans gösterir. Eksenel bölünmüş dallar arasındaki yüksek empedans, kısa devre akımlarını azaltır ve bir dal başarısız olursa diğer dal çalışabilir.

Ancak, yüksek gerilimli bobin (iki paralel bobin) geleneksel bobinlere kıyasla tur sayısını ikiye katlar ve iletken kesit alanını yarıya indirir. 35kV D-bağlı tasarımı, bobin üretiminde sorunlara (tur kontrolü, düşük verimlilik) yol açar, bu da güvenliği etkiler.

Ayrıca, üst/alt düşük gerilimli bobinler (dikey olarak dizildiğinde) yaklaşık 20K sıcaklık farkına sahiptir (üst daha sıcaktır, çünkü hava konveksiyonudur). Bu nedenle, tasarım/üretimde sıcaklık artışı kontrolleri artırılmalı ve uygun yalıtım seçimi yapılmalıdır.

2.2 Radyal Çift Bölünmüş Kurutma Tipi Transformatörler

Genel radyal çift bölünmüş kurutma tipi transformatörler (Şekil 3'teki yapısal düzen), genellikle tel sarımı (yapısal öznelikten dolayı) ve tek bütünsel yüksek gerilimli bobin ile ikiye bölünmüş radyal dağıtılan düşük gerilimli bobin dallarına sahiptir.

Yüksek gerilimli bobin, normal seçilen tur sayısı ve iletken kesit alanı ile, eksenel çift bölünmüş tiplere kıyasla daha iyi bobin işleme/verimliliğe sahiptir. Neredeyse mükemmel simetri, tam/half-through operasyonlarında iyi amper tur dengelemesini ve düzgün düşük gerilimli bobin sıcaklık artışı sağlar.

Ancak, radyal bölünmüş düşük gerilimli bobinler küçük bölüm empedansına ve büyük bir bağlama kapasitansa sahiptir, bu da bobinler arası interferansı artırır. Bu, çıkış güç kalitesini ve inverter bileşenlerinin güvenilirliğini etkiler, inverter tarafı kontrol döngüsü ve sistemi ayarlamaya ihtiyaç duyar.

2.3 Özel Çift Bölünmüş Kurutma Tipi Transformatörler

Şekil 4, eksenel (segmental/tel sarımı düşük gerilimli) ve radyal (tek yüksek gerilimli) bölünmeleri birleştiren hibrit bir tasarım gösterir. Bu hibrit, radyal düşük gerilimli ve eksenel yüksek gerilimli sorunlarını ele alarak, maliyetleri azaltır ve üretim verimliliğini artırır.

Ancak, half-through operasyonunda (örneğin, çevre faktörleri veya inverter arızaları nedeniyle) ciddi bir amper tur dengesizliği ortaya çıkar, bu da uç bobin sızıntı akımına ve aşırı ısınmaya neden olur. Bu tasarım dolayısıyla yüksek risklidir.

3 Sonuç

Şebekeye bağlı PV transformatörleri, çoğunlukla iki bobinli (adımlama, D, y11) veya çift bölünmüş yapılandırmalar kullanır. Çift bölünmüş tasarımlar için ana öneriler:

• Güç kalitesi için yeterli düşük gerilimli bölüm empedansını koruyun.

• Eksenel bölünme sıcaklık farklılıklarını yalıtım seçimi esnasında dikkate alın.

• 35kV uygulamaları için Y, d11d11 kullanın.

• Half-through operasyon riskleri nedeniyle özel hibrit tasarımlardan kaçının.