Những cân nhắc chính cho việc lựa chọn biến áp quang điện là gì?

Nguyên tắc và thông số kỹ thuật của biến áp quang điện

Định kích thước biến áp quang điện yêu cầu xem xét toàn diện nhiều yếu tố, bao gồm việc khớp công suất, lựa chọn tỷ lệ điện áp, cài đặt trở kháng ngắn mạch, xác định lớp cách điện và tối ưu hóa thiết kế nhiệt. Các nguyên tắc chính về kích thước như sau:

(I) Khớp công suất: Cơ bản cho khả năng chịu tải

Khớp công suất là điều kiện tiên quyết cốt lõi trong việc định kích thước biến áp quang điện. Nó yêu cầu khớp chính xác công suất biến áp với công suất đã lắp đặt của hệ thống quang điện và công suất đầu ra tối đa dự kiến, đảm bảo hoạt động ổn định dưới tải mong muốn. Công thức tính công suất là:

trong đó U₂ đại diện cho điện áp phía thứ cấp của biến áp (thường là 400V). Cân nhắc sự biến đổi tự nhiên của hệ thống quang điện (ví dụ: dao động ánh sáng mặt trời và thay đổi tải), phép tính phải bao gồm một biên độ an toàn (1,1-1,2 lần), hệ số biến đổi tốc độ tải (ví dụ: KT = 1,05, và hệ số công suất (thường là 0,95).

Ví dụ: Đối với hệ thống quang điện có công suất đỉnh 500kW, có thể chọn biến áp 630kVA, 800V/400V để thích ứng với các điều kiện ánh sáng và tải khác nhau. Ngoài ra, theo Hướng dẫn kỹ thuật cho kết nối lưới phân tán quang điện, công suất của một trạm phát điện quang điện phân tán không nên vượt quá 25% của tải tối đa trong khu vực cung cấp điện của biến áp cấp trên, để tránh ảnh hưởng đến lưới.

(II) Lựa chọn tỷ lệ điện áp: Thích ứng với dao động và điều chỉnh điện áp

Tỷ lệ điện áp phải phù hợp với đặc điểm đầu ra của hệ thống quang điện (điện áp inverter thường dao động ±5%) và yêu cầu kết nối lưới, có khả năng điều chỉnh động. Có hai phương pháp điều chỉnh chính:

• Điều chỉnh bằng bộ chuyển dải: Áp dụng cho biến áp chuyển dải không tải, thường có ba dải ±5% (ví dụ: 10,5kV/10kV/9,5kV), yêu cầu ngừng điện.

• Điều chỉnh bằng mô-đun điều chỉnh điện áp tự động: Áp dụng cho biến áp chuyển dải khi có tải, cho phép điều chỉnh động trực tuyến với thời gian phản hồi ≤200ms.

Trong thực tế, nên chọn dải phù hợp dựa trên đặc điểm tải: dải 5% cho tải nhẹ, và dải 2,5% hoặc 0% cho tải nặng, cân bằng giữa sự tăng điện áp khi sản lượng quang điện cao và giảm điện áp trong giờ cao điểm ban đêm.

(III) Cài đặt trở kháng ngắn mạch: Cân bằng bảo vệ và ổn định

Trở kháng ngắn mạch phải được thiết kế theo mức dòng ngắn mạch của hệ thống và loại biến áp (ngâm dầu/khô), với công thức tính:

Ngâm dầu: 4%-8%; khô: 6%-12%. Đối với biến áp lớn (ví dụ: 9150kVA), tăng trở kháng ( Zk ≥ 20% ). Thực hiện hiệu chỉnh nhiệt độ (75°C cho ngâm dầu, 120°C cho khô).

(IV) Lớp cách điện

Phù hợp với môi trường ngoài trời. Ưu tiên lớp F (155°C) hoặc H (180°C). Sử dụng lớp H cho sa mạc, vật liệu chống muối cho ven biển, chống ẩm cho độ ẩm cao. Cân nhắc lão hóa nhiệt: +6°C tăng gấp đôi tuổi thọ; -6°C giảm một nửa.

(V) Thiết kế nhiệt

Tối ưu hóa theo môi trường. Phương pháp làm mát: làm mát bằng không khí tự nhiên/bằng lực, ngâm dầu tự làm mát. Đối với khu vực nhiệt độ cao: làm mát bằng không khí ép hoặc lai; độ ẩm cao: khô + kênh trục; bụi nhiều: IP54 + bộ lọc. Trạm sa mạc sử dụng làm mát bằng chất lỏng micro-channel (7:3 nước tinh khiết + etylen glycol) cho hiệu quả 3x.

V. Định kích thước & Kiểm tra cho các kịch bản khác nhau

Giải pháp cho các kịch bản điển hình:

(I) Kết nối lưới

Định kích thước: Bao gồm công suất inverter/công suất phụ trợ + 1,15x biên độ (ví dụ: 1092,5kVA). Khớp ±5% điện áp, 4%-8% trở kháng, ≥Lớp F, làm mát tự nhiên/không khí dầu. Kiểm tra: Kiểm tra cách điện, THD ≤ 5%, điều chỉnh điện áp (±2,5%), trở kháng (±2% giá trị nhà máy).

(II) Không kết nối lưới

Định kích thước: 1,2-1,5x công suất tải. Thích ứng với inverter (ví dụ: 800V/400V), 6%-12% trở kháng, ≤200ms điều chỉnh điện áp, cuộn dây 400V + 220V.
(III) Nhiệt độ cao

Định kích thước: Khô + làm mát bằng không khí ép hoặc ngâm dầu + dầu naphthenic. Sử dụng cách điện nhiệt độ cao, IP55, quạt khởi động/ dừng ở 80°C/60°C. Kiểm tra: Nhiệt đồ hàng quý, kiểm tra dầu hàng bán niên, kiểm tra làm mát, giám sát nhiệt độ cuộn dây.

(IV) Độ ẩm cao/Bờ biển

Định kích thước: Khô epoxy IP65, 316L + phủ fluorocarbon, cách điện chống muối, tăng khoảng cách. Kiểm tra: Kiểm tra lớp phủ, độ ẩm/gas dầu, thử nghiệm phun muối (≤5% giảm công suất), giám sát hydro.

(V) Bụi nhiều

Định kích thước: Toàn bộ kín, IP54, bộ lọc ba giai đoạn, tăng diện tích làm mát, cuộn dây chống mài mòn. Kiểm tra: Thay bộ lọc hàng quý, nhiệt đồ, kiểm tra chống bụi, làm sạch thường xuyên.

(VI) Can nhiễu điện từ

Định kích thước: Cuộn dây dạng sandwich (≤500pF), bộ lọc LC ( THD ≤ 4% ), đáp ứng EMC (GB/T 21419-2013), truyền thông kép. Kiểm tra: Thử nghiệm EMC hàng năm, giám sát harmonics/vô hiệu, kiểm tra tiếp đất (≤0,5Ω), thử nghiệm lỗi bit 10^-8.

(VII) Tích hợp lưu trữ năng lượng quang điện

Định kích thước: Tích hợp PCS (Modbus RTU), cuộn dây 400V + 220V, ≤200ms bù phản kháng, xem xét tải kết hợp. Kiểm tra: Xác minh tương thích PCS, cân bằng điện áp (≤1%), thử nghiệm điều chỉnh điện áp (≤±2%), kiểm tra kết nối lưu trữ.

Tóm tắt: Khớp chính xác công suất, điện áp, trở kháng, cách điện, và thiết kế nhiệt, cộng với kiểm tra kỹ lưỡng, đảm bảo vận hành an toàn, hiệu quả, và lâu dài, phù hợp với phát triển quang điện phân tán dưới mục tiêu carbon.