Welche wesentlichen Aspekte sind bei der Auswahl von Photovoltaik-Transformator zu berücksichtigen
Grundlagen und technische Parameter für Photovoltaik-Transformator
Die Auslegung von Photovoltaik-Transformatoren erfordert eine umfassende Berücksichtigung mehrerer Faktoren, darunter die Kapazitätsanpassung, die Auswahl des Spannungsverhältnisses, die Einstellung der Kurzschlussimpedanz, die Bestimmung der Isolierklasse und die Optimierung des thermischen Designs. Die wichtigsten Grundsätze der Auslegung lauten wie folgt:
(I) Kapazitätsanpassung: Grundlage für die Lasttragfähigkeit
Die Kapazitätsanpassung ist die zentrale Voraussetzung bei der Auslegung von Photovoltaik-Transformatoren. Sie erfordert eine genaue Anpassung der Transformator-Kapazität an die installierte Kapazität des Photovoltaik-Systems und die erwartete maximale Leistung, um ein stabiles Betreiben unter der vorgesehenen Last zu gewährleisten. Die Formel zur Kapazitätsberechnung lautet:
wobei U2 die Sekundärseite-Spannung des Transformatoren (typischerweise 400V) darstellt. Angesichts der inhärenten Variabilität von Photovoltaik-Systemen (z.B. Schwankungen im Sonnenlicht und in der Last) muss die Berechnung einen Sicherheitsabstand (1,1–1,2-fach), einen Lastfluktuationkoeffizienten (z.B. KT = 1,05) und den Leistungsfaktor (normalerweise 0,95) berücksichtigen.
Beispiel: Für ein Photovoltaik-System mit einer Spitzenleistung von 500 kW kann ein 630 kVA, 800V/400V-Transformer ausgewählt werden, um sich verschiedenen Licht- und Lastbedingungen anzupassen. Darüber hinaus sollte gemäß den „Technischen Richtlinien für die Netzintegration verteilter Photovoltaikanlagen“ die Kapazität einer einzelnen verteilten Photovoltaik-Anlage nicht mehr als 25 % der maximalen Last im Versorgungsgebiet des übergeordneten Transformers überschreiten, um Netzeinflüsse zu vermeiden.
(II) Wahl des Spannungsverhältnisses: Anpassung an Fluktuationen und Spannungsregelung
Das Spannungsverhältnis muss den Ausgabekenngrößen des Photovoltaik-Systems (Inverter-Spannung schwankt normalerweise um ±5 %) und den Anforderungen an die Netzanschlussbedingungen entsprechen und dynamische Regelungsfähigkeiten aufweisen. Es gibt zwei Hauptanpassungsmethoden:
Im tatsächlichen Betrieb sollten entsprechende Stufen basierend auf den Lastcharakteristiken ausgewählt werden: 5%-Stufe für leichte Lasten und 2,5% oder 0%-Stufen für schwere Lasten, um den Spannungsanstieg während hoher Photovoltaik-Erzeugung und den Spannungsabfall während der nächtlichen Spitzenlasten auszugleichen.
(III) Einstellung der Kurzschlussimpedanz: Ausbalancieren von Schutz und Stabilität
Die Kurzschlussimpedanz sollte nach dem Kurzschlussstrompegel des Systems und dem Transformatortyp (Ölgetränkt/Trockentransformator) entworfen werden, wobei die Berechnungsformel lautet:
Ölgetränkt: 4%–8%; Trockentransformator: 6%–12%. Für große Transformatoren (z.B. 9150 kVA) erhöhte Impedanz (Zk ≥ 20%). Durchführen einer Temperaturkorrektur (75°C für Ölgetränkte, 120°C für Trockentransformatoren).
(IV) Isolierklasse
Passen für Außenbereiche. Vorziehen der Klasse F (155°C) oder H (180°C). Verwenden Sie Klasse H für Wüsten, salzbeständige Materialien für Küsten, feuchtigkeitsbeständig für hohe Luftfeuchtigkeit. Berücksichtigen Sie das thermische Altern: +6°C verdoppelt das Altern; -6°C halbiert es.
(V) Thermisches Design
Optimieren Sie es nach Umgebung. Kühlmethoden: natürliche/gezwungene Luftkühlung, ölgetränkte Selbstkühlung. Für Hochtemperaturgebiete: gezwungene Luft- oder Hybridkühlung; hohe Luftfeuchtigkeit: Trockentransformator + Axialkanäle; hoher Staub: IP54 + Filter. Eine Wüstenstation verwendet Mikrokanal-Flüssigkeitskühlung (7:3 deionisiertes Wasser + Ethylenglykol) für 3x Effizienz.
V. Auslegung und Prüfung für verschiedene Szenarien
Lösungen für typische Szenarien:
(I) Netzverbunden
Auslegung: Abdeckung Inverter/Hilfsenergie + 1,15× Puffer (z.B. 1092,5 kVA). Anpassung ±5% Spannung, 4%–8% Impedanz, ≥Klasse F, natürliche/öl-luft-Kühlung. Prüfung: Überprüfung der Isolation, THD ≤ 5%, Spannungsregelung (±2,5%), Impedanz (±2% des Werkswerts).
(II) Off-Grid
Auslegung: 1,2–1,5× Lastleistung. Anpassung an Inverter (z.B. 800V/400V), 6%–12% Impedanz, ≤200ms Spannungsregelung, 400V + 220V Wicklungen.
Prüfung: Überprüfung der Überlast (≥120%), Spannungsregelungsaufgabe, Spannungsbalance und Systemfluktuationen.
(III) Hochtemperatur
Auslegung: Trockentransformator + gezwungene Luftkühlung oder ölgetränkter + Naphthenöl. Verwendung von hochtemperaturbeständiger Isolation, IP55, Ventilatoren starten bei 80°C/stoppen bei 60°C. Prüfung: Vierteljährliche Thermografie, halbjährliche Öltests, Überprüfung der Kühlung, Überwachung der Wicklungstemperatur.
(IV) Hohe Luftfeuchtigkeit/Küste
Auslegung: IP65 Epoxid-Trockentransformator, 316L + Fluorkohlenstoff-Beschichtung, salzbeständige Isolation, erhöhte Abstände. Prüfung: Überprüfung der Beschichtung, Ölfeuchtigkeit/Gase, Salznebeltest (≤5% Leistungsabfall), Überwachung von Wasserstoff.
(V) Hoher Staub
Auslegung: Vollständig abgedichtet, IP54, dreistufige Filter, vergrößerte Kühlfläche, verschleißfeste Wicklungen. Prüfung: Filter vierteljährlich ersetzen, Thermografie, Überprüfung der staubdichten Dichtung, regelmäßige Reinigung.
(VI) Elektromagnetische Störungen
Auslegung: Sandwich-Wicklungen (≤500pF), LC-Filter ( THD ≤ 4% ), Einhaltung von EMC (GB/T 21419-2013), doppelte redundant Kommunikation. Prüfung: Jahres-EMC-Tests, Überwachung von Harmonischen/Unbalance, Überprüfung der Erdung (≤0,5Ω), Bitfehlertest 10-8.
(VII) PV-Speicherintegration
Auslegung: Integration von PCS (Modbus RTU), 400V + 220V Wicklungen, ≤200ms Blindleistungskompensation, Berücksichtigung kombinierter Lasten. Prüfung: Überprüfung der PCS-Kompatibilität, Spannungsbalance (≤1%), Test der Spannungsregelung (≤±2%), Überprüfung der Speicherverbindungen.
Zusammenfassung: Genaue Anpassung der Kapazität, Spannung, Impedanz, Isolation und thermischen Auslegung, sowie gründliche Prüfung, stellen sicher, dass eine sichere, effiziente und langlebige Betriebsweise gewährleistet wird, die den Zielen der verteilten PV-Entwicklung unter Kohlenstoffzielen entspricht.
