Jaké jsou klíčové záležitosti při výběru transformátoru pro fotovoltaické systémy

Principy rozměrování a technické parametry fotovoltaických transformátorů

Rozměrování fotovoltaických transformátorů vyžaduje komplexní zohlednění mnoha faktorů, včetně shody kapacit, výběru napěťového poměru, nastavení krátkozavodné impedance, určení třídy izolace a optimalizace tepelného návrhu. Klíčové principy rozměrování jsou následující:

(I) Shoda kapacit: Základ pro nákladovou schopnost

Shoda kapacit je základní předpoklad při rozměrování fotovoltaických transformátorů. Požaduje to přesnou shodu kapacity transformátoru s instalovanou kapacitou fotovoltaického systému a očekávaným maximálním výkonem, což zajišťuje stabilní provoz pod plánovaným nákladem. Vzorec pro výpočet kapacity je:

kde U₂ reprezentuje sekundární stranu napětí transformátoru (obvykle 400V). S ohledem na inerční variability fotovoltaických systémů (např. fluktuace slunečního svitu a změny nákladu), musí výpočet zahrnovat bezpečnostní rezervu (1,1–1,2krát), koeficient fluktuace nákladové sazby (např. KT = 1,05) a faktor využití (obvykle 0,95).

Příklad: Pro fotovoltaický systém s vrcholovým výkonem 500kW lze vybrat 630kVA, 800V/400V transformátor, který se přizpůsobí různým podmínkám slunečního svitu a nákladu. Kromě toho, v souladu s Technickými pokyny pro distribuované připojení fotovoltaik k síti, by měla kapacita jednotlivé distribuované fotovoltaické elektrárny nepřesahovat 25 % maximálního nákladu v dodávací oblasti nadřazeného transformátoru, aby se zabránilo dopadu na síť.

(II) Výběr napěťového poměru: Přizpůsobení fluktuacím a regulaci napětí

Napěťový poměr musí odpovídat výstupním charakteristikám fotovoltaického systému (napětí invertéru typicky fluktuuje o ±5 %) a požadavkům na připojení k síti, s dynamickými regulačními schopnostmi. Existují dvě hlavní metody úpravy:

• Úprava selektoru čepů: Použitelná pro transformátory s ručním přepínáním čepů, obvykle s třemi ±5 % čepy (např. 10,5kV/10kV/9,5kV), vyžaduje odpojení od sítě.

• Úprava automatického modulu regulace napětí: Použitelná pro transformátory s přepínáním čepů za nákladu, umožňuje online dynamickou úpravu s dobu odezvy ≤200ms.

V praxi by měly být vybrány vhodné čepy na základě charakteristik nákladu: 5 % čep pro lehké náklady a 2,5 % nebo 0 % čepy pro těžké náklady, vyvážení vzestupu napětí při vysoké produkci fotovoltaiky a klesání napětí při nočních špičkových nákladech.

(III) Nastavení krátkozavodné impedance: Vyvážení ochrany a stability

Krátkozavodná impedance by měla být navržena podle hladiny krátkozavodného proudu systému a typu transformátoru (naftový/suchý), s výpočetním vzorcem:

Naftový: 4%–8%; suchý: 6%–12%. Pro velké transformátory (např. 9150kVA) zvýšte impedanci ( Zk ≥ 20% ). Provádějte teplotní korekci (75°C pro naftový, 120°C pro suchý).

(IV) Třída izolace

Přizpůsobte venkovním prostředím. Preferujte třídu F (155°C) nebo H (180°C). Použijte třídu H pro pouštní oblasti, materiály odolné proti soli pro pobřeží, odolné proti vlhkosti pro vysokou vlhkost. Zvažte tepelné stárnutí: +6°C zdvojnásobí stárnutí; -6°C ho sníží na polovinu.

(V) Tepelný návrh

Optimalizujte podle prostředí. Chladiče: přirozené/potlačené vzduchové chlazení, naftové samočleněné chlazení. Pro oblasti s vysokou teplotou: potlačené vzduchové nebo hybridní; vysoká vlhkost: suchý + axiální kanály; vysoký prach: IP54 + filtry. Stanice v poušti používá mikrokanálové kapalné chlazení (7:3 deionizovaná voda + ethylenglykol) pro 3x efektivitu.

V. Rozměrování a kontrola pro různé scénáře

Řešení pro typické scénáře:

(I) Připojení k síti

Rozměrování: Zahrnujte inverter/dodatečný výkon + 1,15× rezervu (např. 1092,5kVA). Shoda ±5 % napětí, 4%–8 % impedance, ≥třída F, přirozené/naftové vzduchové chlazení. Kontrola: Zkontrolujte izolaci, THD ≤ 5%, regulace napětí (±2,5 %), impedance (±2 % tovární hodnoty).

(II) Mimo síť

Rozměrování: 1,2–1,5× výkon nákladu. Přizpůsobte inverteru (např. 800V/400V), 6%–12 % impedance, ≤200ms regulace napětí, 400V + 220V cívek. Kontrola: Test přetížení (≥120 %), odezva na regulaci napětí, vyvážení napětí a fluktuace systému.

(III) Vysoká teplota

Rozměrování: Suchý + potlačené vzduchové nebo naftový + nafthalový olej. Použijte vysokoteplotní izolaci, IP55, ventilátory spustíte při 80°C/zastavíte při 60°C. Kontrola: Čtvrtletní termografie, půlroční testy oleje, kontrola chlazení, sledování teploty civek.

(IV) Vysoká vlhkost/Pobřeží

Rozměrování: IP65 epoxidový suchý, 316L + fluorokarbonové povlak, solnoodolná izolace, zvětšené mezery. Kontrola: Zkontrolujte povlak, vlhkost/gaz oleje, test solného spršení (≤5 % pokles výkonu), sledujte vodík.

(V) Vysoký prach

Rozměrování: Plně uzavřený, IP54, třístupňové filtry, zvětšená chladicí plocha, odolné cívky. Kontrola: Každé tři měsíce nahraďte filtry, termografie, kontrola prachotěsnosti, pravidelné čištění.

(VI) Elektromagnetické rušení

Rozměrování: Cívky ve sandwichové konstrukci (≤500pF), LC filtry ( THD ≤ 4% ), splňte EMC (GB/T 21419-2013), dvojitě redundantní komunikace. Kontrola: Roční testy EMC, sledování harmonických složek/nesevnámost, kontrola zemnění (≤0,5Ω), test bitové chyby 10^-8.

(VII) Integrace fotovoltaiky a energetického skladu

Rozměrování: Integrujte PCS (Modbus RTU), 400V + 220V cívky, ≤200ms reaktivní kompenzace, zvažte kombinované náklady. Kontrola: Ověřte kompatibilitu PCS, vyvážení napětí (≤1 %), test regulace napětí (≤±2 %), zkontrolujte spojení skladu.

Shrnutí: Přesná shoda kapacity, napětí, impedance, izolace a tepelného návrhu, spolu s důkladnou kontrolou, zajišťuje bezpečný, efektivní a dlouhodobý provoz, což odpovídá rozvoji distribuované fotovoltaiky v rámci uhlíkových cílů.