Cấu hình Cuộn của Máy biến áp khô cho Phát điện PV Kết nối Mạng

Sản xuất điện từ năng lượng mặt trời, một hình thức quan trọng trong việc sử dụng năng lượng mặt trời, chuyển đổi ánh sáng mặt trời thành điện thông qua các tế bào quang điện. Không bị giới hạn bởi tài nguyên, vật liệu hoặc môi trường và thân thiện với môi trường, nó có triển vọng rộng lớn và là công nghệ năng lượng tái tạo ưu tiên trên toàn cầu. Trong các hệ thống PV nối lưới, biến áp (thiết bị chuyển đổi năng lượng chính) là thiết yếu. Các biến áp tăng áp hiện nay cho PV chủ yếu sử dụng các đơn vị khô cách điện bằng epoxy SC - series 10 kV/35 kV, được chia thành hai loại: hai cuộn dây và hai phân tách. Bài viết này chi tiết về việc lựa chọn chúng.

1 Biến áp khô hai cuộn dây

Cấu trúc của biến áp khô hai cuộn dây cho PV (như trong Hình 1, tham chiếu gốc được giữ nguyên) không khác nhiều so với các biến áp phân phối khô truyền thống về thiết kế, quy trình và sản xuất – sự khác biệt chính là vai trò tăng áp của chúng. Thông thường, một bộ nghịch lưu sẽ được kết hợp với một đơn vị hai cuộn dây dựa trên công suất định mức và điện áp lưới.

Do điểm trung tính của biến áp khô có thể bị hỏng trong quá trình hoạt động của bộ nghịch lưu và tồn tại sóng hài, nhóm kết nối của chúng thường là Dy11 để đảm bảo hoạt động ổn định của thiết bị.

2 Biến áp khô hai phân tách

Trong những năm gần đây, để hạn chế dòng điện ngắn mạch và giảm chi phí vốn, các biến áp phân tách (một cuộn dây, thường là cuộn dây hạ thế, được chia thành các nhánh điện không liên kết ²) ngày càng được sử dụng. Đối với các dự án PV, biến áp hai phân tách là phổ biến: hai đơn vị nghịch lưu độc lập kết nối với hai nhánh của cuộn dây hai phân tách, có thể hoạt động độc lập hoặc cùng nhau.Điều chỉnh theo sóng hài của bộ nghịch lưu, nhóm kết nối của chúng thường là D, y11y11 hoặc Y, d11d11. Trong nước, chúng được cấu trúc theo hướng trục hoặc hướng bán kính.

Như thể hiện trong Hình 2 (tham chiếu gốc), cuộn dây hạ thế có hai nhánh phân bố theo trục trên cùng một lõi. Các nhánh không có liên kết điện nhưng có liên kết từ (mức độ phụ thuộc vào cấu trúc ²), và có thể là phân đoạn hoặc dây quấn. Cuộn dây cao thế có hai nhánh song song phù hợp với cuộn dây hạ thế, với thông số tương tự và tổng công suất bằng công suất của biến áp.

2.1 Biến áp khô hai phân tách theo trục

Với cấu trúc đối xứng và rò rỉ từ đồng đều, nó hoạt động tốt trong chế độ xuyên suốt/half - through. Động trở kháng lớn giữa các nhánh phân tách theo trục giảm dòng điện ngắn mạch, đảm bảo một nhánh có thể hoạt động nếu nhánh kia bị hỏng.

Tuy nhiên, cuộn dây cao thế (hai cuộn dây song song) gấp đôi số vòng nhưng giảm một nửa tiết diện dẫn so với thông thường. Thiết kế D - kết nối 35kV gặp vấn đề trong sản xuất cuộn dây (kiểm soát vòng, hiệu suất thấp), ảnh hưởng đến an toàn/tính tin cậy.

Ngoài ra, cuộn dây hạ thế trên/dưới (sắp xếp dọc) có khoảng cách nhiệt độ ~20K (trên nóng hơn do đối lưu không khí). Do đó, thiết kế/sản xuất cần kiểm tra tăng nhiệt kỹ lưỡng và lựa chọn cách điện phù hợp.

2.2 Biến áp khô hai phân tách theo bán kính

Biến áp khô hai phân tách theo bán kính phổ biến (bố cục cấu trúc trong Hình 3) có hai nhánh cuộn dây hạ thế phân bố theo bán kính (thường là dây quấn, do đặc thù cấu trúc) và một cuộn dây cao thế tích hợp.

Cuộn dây cao thế, với số vòng và tiết diện dẫn được chọn bình thường, có quy trình/hiệu suất cuộn dây tốt hơn so với loại hai phân tách theo trục. Sự đối xứng gần như hoàn hảo đảm bảo cân bằng vòng dây ampere tốt trong chế độ xuyên suốt/half - through, cộng với sự tăng nhiệt đồng đều của cuộn dây hạ thế.

Tuy nhiên, cuộn dây hạ thế phân tách theo bán kính có độ cản phân chia nhỏ và dung lượng ghép lớn, tăng cường can nhiễu giữa các cuộn dây. Điều này ảnh hưởng đến chất lượng điện năng đầu ra và độ tin cậy của các thành phần nghịch lưu, yêu cầu điều chỉnh vòng điều khiển phía nghịch lưu và hệ thống.

2.3 Biến áp khô hai phân tách đặc biệt

Hình 4 mô tả một thiết kế lai kết hợp phân tách theo trục (cuộn dây hạ thế phân đoạn/dây quấn) và theo bán kính (cuộn dây cao thế tích hợp). Thiết kế lai này giải quyết các vấn đề của cuộn dây hạ thế theo bán kính và cuộn dây cao thế theo trục, giảm chi phí và cải thiện hiệu quả sản xuất.

Tuy nhiên, chế độ half - through (ví dụ, do yếu tố môi trường hoặc lỗi nghịch lưu) gây ra mất cân bằng vòng dây ampere nghiêm trọng, dẫn đến rò rỉ từ ở cuối cuộn dây và quá nhiệt. Thiết kế này do đó có rủi ro cao.

3 Kết luận

Biến áp nối lưới PV chủ yếu sử dụng cấu hình hai cuộn dây (tăng áp, D, y11) hoặc hai phân tách. Các khuyến nghị chính cho thiết kế hai phân tách:

• Duy trì trở kháng phân chia cuộn dây hạ thế đủ lớn để đảm bảo chất lượng điện năng.

• Cân nhắc sự khác biệt nhiệt độ phân chia theo trục trong việc lựa chọn cách điện.

• Sử dụng Y, d11d11 cho ứng dụng 35kV.

• Tránh các thiết kế lai đặc biệt do rủi ro chế độ half - through.