Конфігурація обмоток сухих трансформаторів для підключених до мережі фотovoltaic електростанцій

Сонячна фотоелектрична генерація електроенергії, ключова форма використання сонячної енергії, перетворює сонячний світло на електричну енергію за допомогою сонячних батарей. Без обмежень щодо ресурсів, матеріалів або навколишнього середовища та екологічно чиста, вона має широкі перспективи і є пріоритетною технологією відновлюваної енергетики у всьому світі. У системах фотовольтаїки, підключених до мережі, трансформатори (основне обладнання для перетворення енергії) є необхідними. Поточні ступінькові трансформатори для ФВ систем в основному використовують 10 кВ/35 кВ SC-серійні епоксидно-ізольовані сухі типи, які поділяються на двозвивальні та подвійні розщеплені типи. Ця стаття детально описує їхній вибір.

1 Двозвивальні сухі трансформатори

Структура двозвивальних сухих трансформаторів для ФВ (як показано на рисунку 1, оригінальна посилання збережено) мало відрізняється від традиційних розподільчих сухих типів у проектуванні, процесах та виробництві - основна відмінність полягає в їхній ролі ступінькового підвищення. Зазвичай, одному інвертору відповідає двозвивальний блок, вибраний на основі його номінального виводу та напруги мережі.

З урахуванням того, що нейтральна точка заземлення сухого трансформатора може вийти з ладу під час роботи інвертора, а гармоніки існують, їхня група з'єднання зазвичай Dy11, щоб забезпечити стабільну роботу обладнання.

2 Подвійні розщеплені сухі трансформатори

У недавні роки, щоб обмежити струм короткого замикання та знизити капіталовкладення, все більш поширюються розщеплені трансформатори (з одним звивальним, зазвичай низьковольтним, розщепленим на електрично несполучені гілки ²). Для проєктів ФВ загальноприйнятими є подвійні розщеплені трансформатори: два незалежні інверторні блоки підключаються до двох гілок подвійного розщепленого звивального, які можуть працювати незалежно або разом.З урахуванням гармонік інвертора, їхня група з'єднання зазвичай D, y11y11 або Y, d11d11. Внутрішньо, вони мають осьове або радіальне розщеплення.

Як показано на рисунку 2 (оригінальна посилання), низьковольтне звивальне має дві осьово-розподілені гілки на одному сердечнику. Гілки не мають електричного, але магнітного з'єднання (степінь залежить від конструкції ²), і можуть бути сегментними або провідними. Високовольтне звивальне має дві паралельні гілки, що відповідають низьковольтним, зі схожими характеристиками, а загальна ємність дорівнює ємності трансформатора.

2.1 Осьові подвійні розщеплені сухі трансформатори

З симетричною конструкцією та рівномірним витоком, він добре виконує в повному або напівпроходному режимі. Великий імпеданс між осьово-розщепленими гілками зменшує струм короткого замикання, забезпечуючи можливість роботи однієї гілки, якщо інша вийде з ладу.

Проте, його високовольтне звивальне (дві паралельні змотки) подвоює кількість витків, але ділить площу поперечного перерізу провідника навпіл порівняно з традиційним. 35кВ D-з'єднання стикається з проблемами виробництва змотки (контроль витків, низька ефективність), що впливає на безпеку та надійність.

Крім того, верхнє та нижнє низьковольтне звивальне (розташоване вертикально) має різницю температур близько 20K (верхнє тепліше через конвекцію повітря). Тому, проектуванню та виробництву потрібні підвищені перевірки нагрівання та правильний вибір ізоляції.

2.2 Радіальні подвійні розщеплені сухі трансформатори

Звичайні радіальні подвійні розщеплені сухі трансформатори (структурна компоновка на рис. 3) мають дві радіально-розподілені гілки низьковольтного звивального (зазвичай провідні, через специфіку конструкції) та один цілий високовольтний звивальний.

Високовольтне звивальне, з нормально вибраними витками та площою поперечного перерізу провідника, має кращий процес виготовлення та ефективність, ніж осьові подвійні розщеплені типи. Його практично ідеальна симетрія забезпечує хорошу балансування ампер-витків в повному або напівпроходному режимі, а також рівномірне нагрівання низьковольтного звивального.

Проте, радіально-розщеплені низьковольтні звивальні мають невеликий імпеданс розщеплення та велику з'єднуючу ємність, що збільшує взаємні завади. Це впливає на якість виводу електроенергії та надійність компонентів інвертора, що вимагає коригування контрольної петлі і системи на стороні інвертора.

2.3 Специфічні подвійні розщеплені сухі трансформатори

Рис.4 показує гібридну конструкцію, яка поєднує осьове (сегментне/провідне низьковольтне) та радіальне (один високовольтний) розщеплення. Цей гібрид вирішує проблеми радіального низьковольтного та осьового високовольтного, зменшуючи витрати та покращуючи ефективність виробництва.

Проте, напівпроходний режим (наприклад, через екологічні фактори або вади інвертора) призводить до значного невідповідності ампер-витків, що призводить до витоку магнітного потоку на кінцях звивального та перегріву. Цей дизайн є, таким чином, високоризикованим.

3 Висновок

Трансформатори ФВ, підключені до мережі, в основному використовують двозвивальні (ступінькові, D, y11) або подвійні розщеплені конфігурації. Основні рекомендації для подвійних розщеплених конструкцій:

• Зберігати достатній імпеданс розщеплення низьковольтного для якості електроенергії.

• Брати до уваги температурні різниці осьового розщеплення при виборі ізоляції.

• Використовувати Y, d11d11 для застосувань 35кВ.

• Уникати спеціальних гібридних конструкцій через ризики напівпроходного режиму.