Que son as consideracións clave para a selección de transformadores fotovoltaicos

Principios de dimensionamento e parámetros técnicos dos transformadores fotovoltaicos

O dimensionamento de transformadores fotovoltaicos require unha consideración comprehensiva de múltiples factores, incluíndo a correspondencia da capacidade, a selección da relación de voltaxe, o axuste da impedancia de curto circuito, a determinación da clase de aislamento e a optimización do deseño térmico. Os principios clave de dimensionamento son os seguintes:

(I) Correspondencia da capacidade: Fundamental para a carga

A correspondencia da capacidade é o prerequisito central no dimensionamento de transformadores fotovoltaicos. Requiere unha correspondencia precisa da capacidade do transformador coa capacidade instalada do sistema fotovoltaico e a potencia máxima de saída prevista, asegurando un funcionamento estable baixo a carga pretendida. A fórmula de cálculo da capacidade é:

onde U₂ representa a tensión secundaria do transformador (xeralmente 400V). Considerando a variabilidade intrínseca dos sistemas fotovoltaicos (por exemplo, fluctuacións na luz solar e cambios de carga), o cálculo debe incorporar unha margen de seguridade (1.1–1.2 veces), un coeficiente de fluctuación da taxa de carga (por exemplo, KT = 1.05, e o factor de potencia (xeralmente 0.95).

Exemplo: Para un sistema fotovoltaico cunha potencia máxima de 500kW, pódese seleccionar un transformador de 630kVA, 800V/400V para adaptarse a diferentes condicións de luz solar e carga. Ademais, de acordo coas Directrices Técnicas para a Conexión en Rede de Fotovoltaica Distribuída, a capacidade dunha única estación de enerxía fotovoltaica distribuída non debe superar o 25% da carga máxima na área de abastecemento do transformador superior, para evitar impactos na rede.

(II) Selección da relación de voltaxe: Adaptación a fluctuacións e regulación de voltaxe

A relación de voltaxe debe estar en consonancia cos características de saída do sistema fotovoltaico (a tensión do inversor xeralmente fluctúa ±5%) e os requisitos de conexión en rede, con capacidades de axuste dinámico. Hai dous métodos de axuste principais:

• Axuste do selector de derivación: Aplicábel a transformadores de derivación sen carga, xeralmente con tres derivaciones ±5% (por exemplo, 10.5kV/10kV/9.5kV), que requiren unha operación sen alimentación.

• Axuste do módulo de regulación de voltaxe automática: Aplicábel a transformadores de derivación con carga, permitindo un axuste dinámico en liña cun tempo de resposta ≤200ms.

Na operación real, deben seleccionarse as derivacións adecuadas en función das características da carga: derivación de 5% para cargas lexas, e derivacións de 2.5% ou 0% para cargas pesadas, equilibrando o aumento de voltaxe durante a alta xeración fotovoltaica e a caída de voltaxe durante as cargas máis altas nocturnas.

(III) Axuste da impedancia de curto circuito: Equilibrio entre protección e estabilidade

A impedancia de curto circuito debe deseñarse segundo o nivel de corrente de curto circuito do sistema e o tipo de transformador (mergullo en óleo/tipo seco), coa fórmula de cálculo:

Mergullo en óleo: 4%–8%; tipo seco: 6%–12%. Para grandes transformadores (por exemplo, 9150kVA), aumentar a impedancia ( Zk ≥ 20% ). Facer a corrección de temperatura (75°C para mergullo en óleo, 120°C para tipo seco).

(IV) Clase de aislamento

Adaptar aos entornos exteriores. Preferir a Clase F (155°C) ou H (180°C). Usar a clase H para desértos, materiais resistentes á sal para costas, resistente á humidade para alta humidade. Considerar o envellecemento térmico: +6°C duplica o envellecemento; -6°C reducine a metade.

(V) Deseño térmico

Optimizar segundo o entorno. Métodos de refrigeración: aire natural/forzado, auto-refrigeración mergullo en óleo. Para áreas de alta temperatura: aire forzado ou híbrido; alta humidade: tipo seco + conductos axiais; alta polución: IP54 + filtros. Unha estación desértica usa refrigeración líquida de microcanal (7:3 agua desionizada + etilenoglicol) para 3× eficiencia.

V. Dimensionamento e inspección para diferentes escenarios

Solucións para escenarios típicos:

(I) Conectado á rede

Dimensionamento: Cubrir inversor/potencia auxiliar + 1.15× margen (por exemplo, 1092.5kVA). Corresponder ±5% de voltaxe, 4%–8% de impedancia, ≥Clase F, aire natural/refrigeración óleo-aire. Inspección: Verificar aislamento, THD ≤ 5%, regulación de voltaxe (±2.5%), impedancia (±2% do valor de fábrica).

(II) Sen conexión á rede

Dimensionamento: 1.2–1.5× potencia de carga. Adaptar ao inversor (por exemplo, 800V/400V), 6%–12% de impedancia, ≤200ms de regulación de voltaxe, bobinados de 400V + 220V. Inspección: Probar sobrecarga (≥120%), resposta de regulación de voltaxe, balance de voltaxe e fluctuacións do sistema.

(III) Alta temperatura

Dimensionamento: Tipo seco + aire forzado ou mergullo en óleo + óleo nafénico. Usar aislamento de alta temperatura, IP55, ventiladores de inicio a 80°C/parada a 60°C. Inspección: Termografía trimestral, probas de óleo semestrais, comprobar refrigeración, monitorizar a temperatura dos bobinados.

(IV) Alta humidade/costas

Dimensionamento: Tipo seco IP65 epoxi, 316L + recubrimento fluorocarbono, aislamento resistente á sal, espaciamiento aumentado. Inspección: Verificar recubrimento, humidade/gases do óleo, proba de sal (≤5% de caída de potencia), monitorizar hidróxeno.

(V) Alta polución

Dimensionamento: Totalmente selado, IP54, filtros de tres etapas, área de refrigeración aumentada, bobinados resistentes ao desgaste. Inspección: Substituír filtros trimestralmente, termografía, comprobar estanquidade, limpar regularmente.

(VI) Interferencia electromagnética

Dimensionamento: Bobinados emparedados (≤500pF), filtros LC ( THD ≤ 4% ), cumprir EMC (GB/T 21419 - 2013), comunicacións dual-redundantes. Inspección: Probas anuais de EMC, monitorizar harmónicos/desequilibrios, comprobar aterramento (≤0.5Ω), probar erro de bits 10^-8.

(VII) Integración de almacenamento de enerxía fotovoltaica

Dimensionamento: Integrar PCS (Modbus RTU), bobinados de 400V + 220V, ≤200ms de compensación reactiva, considerar cargas combinadas. Inspección: Verificar compatibilidade de PCS, balance de voltaxe (≤1%), probar regulación de voltaxe (≤±2%), comprobar conexións de almacenamento.

Resumo: A correspondencia precisa da capacidade, voltaxe, impedancia, aislamento e deseño térmico, máis unha inspección exhaustiva, aseguran un funcionamento seguro, eficiente e de longa duración, alineándose co desenvolvemento de PV distribuído baixo os obxectivos de carbono.