Какие ключевые факторы необходимо учитывать при выборе трансформатора для фотоэлектрических систем

Принципы подбора размеров и технические параметры трансформаторов для фотоэлектрических систем

Подбор размеров трансформаторов для фотоэлектрических систем требует всестороннего учета множества факторов, включая соответствие мощности, выбор отношения напряжений, установку короткозамкнутого сопротивления, определение класса изоляции и оптимизацию теплового дизайна. Основные принципы подбора размеров следующие:

(I) Соответствие мощности: Фундаментальная основа для нагрузочной способности

Соответствие мощности является ключевым предварительным условием при подборе размеров трансформаторов для фотоэлектрических систем. Оно требует точного соответствия мощности трансформатора установленной мощности фотоэлектрической системы и ожидаемой максимальной выходной мощности, обеспечивая стабильную работу при заданной нагрузке. Формула расчета мощности следующая:

где U₂ представляет собой напряжение на вторичной стороне трансформатора (обычно 400 В). Учитывая внутреннюю изменчивость фотоэлектрических систем (например, колебания солнечного света и изменения нагрузки), расчет должен учитывать запас прочности (1,1–1,2 раза), коэффициент колебаний нагрузки (например, KT = 1,05) и коэффициент мощности (обычно 0,95).

Пример: Для фотоэлектрической системы с пиковым выходом мощности 500 кВт можно выбрать трансформатор мощностью 630 кВА, 800 В/400 В, чтобы адаптироваться к различным условиям освещенности и нагрузки. Кроме того, в соответствии с Техническими руководящими принципами по присоединению распределенных фотоэлектрических систем к сети, мощность одной распределенной фотоэлектрической электростанции не должна превышать 25% максимальной нагрузки в зоне питания вышестоящего трансформатора, чтобы избежать воздействия на сеть.

(II) Выбор отношения напряжений: Адаптация к колебаниям и регулирование напряжения

Отношение напряжений должно соответствовать характеристикам выхода фотоэлектрической системы (напряжение инвертора обычно колеблется на ±5%) и требованиям подключения к сети, обладая возможностями динамической настройки. Существуют два основных метода настройки:

• Настройка переключателем отводов: применима к трансформаторам с переключением отводов без нагрузки, обычно с тремя отводами ±5% (например, 10,5 кВ/10 кВ/9,5 кВ), требует отключения питания.

• Настройка модулем автоматического регулирования напряжения: применима к трансформаторам с переключением отводов под нагрузкой, позволяющая онлайн-динамическую настройку с временем реакции ≤200 мс.

В реальной эксплуатации следует выбирать подходящие отводы в зависимости от характеристик нагрузки: отвод 5% для легких нагрузок и 2,5% или 0% для тяжелых нагрузок, балансируя повышение напряжения при высокой генерации фотоэлектрической энергии и падение напряжения во время пиковых нагрузок ночью.

(III) Установка короткозамкнутого сопротивления: Баланс между защитой и стабильностью

Короткозамкнутое сопротивление должно проектироваться с учетом уровня короткого замыкания системы и типа трансформатора (масляный/сухой), с формулой расчета:

Масляный: 4%–8%; сухой: 6%–12%. Для крупных трансформаторов (например, 9150 кВА) увеличьте сопротивление ( Zk ≥ 20%). Проведите температурную коррекцию (75°C для масляного, 120°C для сухого).

(IV) Класс изоляции

Подходит для наружных условий. Предпочтительно использовать класс F (155°C) или H (180°C). Используйте класс H для пустынь, материалы, устойчивые к солевому туману, для побережья, влагостойкие для областей с высокой влажностью. Учитывайте термическое старение: +6°C удваивает старение, -6°C уменьшает его вдвое.

(V) Тепловой дизайн

Оптимизация в зависимости от окружающей среды. Методы охлаждения: естественное/принудительное воздушное охлаждение, саморегулирующееся охлаждение маслом. Для районов с высокой температурой: принудительное воздушное или комбинированное; для высокой влажности: сухой тип + осевые каналы; для пыльных условий: IP54 + фильтры. На станциях в пустыне используется микроканальное жидкостное охлаждение (7:3 деионизированная вода + этиленгликоль) для повышения эффективности в 3 раза.

V. Подбор размеров и проверка для различных сценариев

Решения для типичных сценариев:

(I) Присоединение к сети

Подбор размеров: покрытие мощности инвертора/вспомогательного питания + 1,15× запас (например, 1092,5 кВА). Соответствие ±5% напряжения, 4%–8% сопротивления, ≥класс F, естественное/масло-воздушное охлаждение. Проверка: проверка изоляции, THD ≤ 5%, регулировка напряжения (±2,5%), сопротивление (±2% от заводского значения).

(II) Отсутствие подключения к сети

Подбор размеров: 1,2–1,5× мощности нагрузки. Адаптация к инвертору (например, 800 В/400 В), 6%–12% сопротивления, ≤200 мс регулировка напряжения, обмотки 400 В + 220 В.
Проверка: тестирование перегрузки (≥120%), ответная реакция регулировки напряжения, баланс напряжения и колебания системы.

(III) Высокая температура

Подбор размеров: сухой тип + принудительное воздушное охлаждение или масляный + нафтеновое масло. Использование изоляции для высоких температур, IP55, вентиляторы, включающиеся при 80°C и отключающиеся при 60°C. Проверка: термография ежеквартально, анализы масла каждые полгода, проверка охлаждения, мониторинг температуры обмоток.

(IV) Высокая влажность/побережье

Подбор размеров: эпоксидный сухой тип IP65, 316L + фторуглеродное покрытие, изоляция, устойчивая к соли, увеличенное расстояние. Проверка: проверка покрытия, влажности и газов в масле, испытание на солевой туман (≤5% падения мощности), мониторинг водорода.

(V) Высокая запыленность

Подбор размеров: полностью герметичный, IP54, трехступенчатые фильтры, увеличенная площадь охлаждения, износостойкие обмотки. Проверка: замена фильтров ежеквартально, термография, проверка пылезащиты, регулярная очистка.

(VI) Электромагнитные помехи

Подбор размеров: многослойные обмотки (≤500 пФ), LC-фильтры ( THD ≤ 4%), соответствие EMC (GB/T 21419-2013), двойные резервные коммуникации. Проверка: ежегодные испытания на ЭМС, мониторинг гармоник и несимметрии, проверка заземления (≤0,5 Ω), тест на ошибки передачи данных 10^-8.

(VII) Интеграция фотоэлектрической энергии и систем хранения

Подбор размеров: интеграция PCS (Modbus RTU), обмотки 400 В + 220 В, ≤200 мс компенсация реактивной мощности, учет комбинированных нагрузок. Проверка: проверка совместимости PCS, баланс напряжения (≤1%), испытание регулировки напряжения (≤±2%), проверка соединений системы хранения.

Резюме: Точное соответствие мощности, напряжения, сопротивления, изоляции и теплового дизайна, а также тщательная проверка обеспечивают безопасную, эффективную и долговечную работу, соответствующую развитию распределенных фотоэлектрических систем в рамках целей по углеродному нейтралитету.