Neutraalmaaustingi seadistuste disainiarvutused ja maaklemmustransformatori suuruse määramine võrgusüsteemipõhiste päikeseenergiaelektrijaamade jaoks

1 Päikesebatterite elektrijaamade neutraalne maandusmeetodite klassifitseerimine

Piirkondlike võrgustruktuuride ja pingetasemete erinevuste mõju tõttu on energiaüsteemide neutraalsete maandusmeetodid peamiselt jagatud mitteefektiivseks ja efektiivseks maandamiseks. Mitteefektiivne maandamine hõlmab neutraali maandumist vasturipistes ja neutraalset mittemaadetud süsteemi, samas kui efektiivne maandamine sisaldab neutraalset täismääras maadetud ja neutraalset vastusega maandust. Neutraalse maandusmeetodi valik on üldine küsimus, mis hõlmab relekaardiprotsessi tundlikkuse, seadmete isolatsioonitaseme, investeeringute kulusid, elektritarningu jätkuvust, hoolduse keerukust, viga ulatust ja süsteemi stabiilsusele avaldatava mõju kaalumist.

1.1 Mitteefektiivne maandamine
1.1.1 Neutraali maandumine vasturipistes

Vasturipp paigutatakse süsteemi neutraalpunktile. Viga juhul kompenseerib induktiivne vool süsteemi kapatsitiivset voolu ja maanduspunkti vigavool on kompensatsiooni järel jäänud induktiivne vool. Ühefaasi vigaga juhul kompenseerib ripp kapatsitiivset voolu, et kiiresti lõpetada maandusplasma, takistades perioodilisi plasmasid ja ülepinge. Süsteem saab pärast viga hetkeks jätkata tööd, sobides kõrge usaldusväärsusega elektritarningu stsenaariumidele.

Peamised omadused:

• Kaitse & Töötlemine: Väike maanduspunktide vool teeb tavapärase nulljärgulise voolukaardi tundlikkuse puudulikuks, nõudes keerulise ühefaasi vigakaardu. Ripp peab töötama ülekompenseerimisel; operaatordidel tuleb parameetreid ajakohastada võrgu muutustega, mis muudab hoolduse keerulisemaks.

• Konfiguratsioon: Vältida mitme ripi koondpaigutust või ühe riipi seadmist, et takistada kompensatsioonikaotust.

• Sobivus & Piirangud: Sobib suure ühefaasi vigaga kapatsitiivsete vooludega süsteemidele, vähendades seadmete soojenduse mõju ja võimaldades lühiajalist jätkuvat elektritarningu. Kuid relekaardiprotsess ei suuda kiiresti lõpetada vigu keskmises ja suures mahus olevates päikesebatterijamades. Seetõttu kasutatakse seda vähem MW tasemel ja üle selle päikesebatterijamades ning 10 kV/35 kV busbarides, varasesed vasturippide süsteemid on uuendatud.

1.1.2 Neutraalne mittemaadetud

Neutraalne mittemaadetud süsteem (mitteefektiivne maandamine) sisaldab ühefaasi vigaga joone/seadme kapatsitiivset koppelit, ilma lühikese ümberringita. See võimaldab 1–2 tunni vigalisest tööst madala voolu ja säilitatud faaside vahelise pingega, kuid nõuab kõrget isolatsiooni plasmareingi ülepinge riski tõttu. Sobib väikeste kapatsitiivsete vooludega (nt päikeseinvertori AC pool, neutraalne madalpingeline transfoor).

1.2 Efektiivne maandamine
1.2.1 Neutraalne täismääras maadetud

Pakkub suurt vigavoolu, tundlikku kaitset, madalat ülepinge ja rahuldavat isolatsiooni, kuid riskeerib vähenenud usaldusväärsusega ebasobiliku maandusvooluga ja tugeva sidevigaga. Levinud ≥50 MW päikesebatterijamades ≥110 kV kõrgepingeliste transformatorites, neutraalsete eralduslülite/valguskiilduritega paindlikuks maandamiseks.

1.2.2 Neutraalne vastusega maadetud

Sisestab aktiivvoolu > kapatsitiivset voolu neutraalsete vastutega, võimaldades kõrge tundlikkusega nulljärgulise kaitse kiire vigapäringuks. Eelised:

• Stabiilsed parameetrid: Algse töötlemise ajal ei ole tarvis muuta.

• Isolatsiooni majanduslikkus: Madal isolatsiooninõuded kiire vigapäringu tõttu.

• Rakendus: Pikkad kaabelisüsteemid, suured transformatorid/mootorid ja päikesebatterijamad suure kapatsitiivse vooluga.

• Pingetasemed:

• ≥220 kV: täismääras maadetud

• 66–110 kV: enamik täismääras, vähesed mittemaadetud

• 6–35 kV: enamik mittemaadetud, vähesed täismääras

2 Maandustransformaatori võimsuse arvutamine

MW-skaalal päikesebatterijamades 10/35 kV busbarides (vastusega maandamine), vajalikud eraldi maandustransformaatorid, kui neutraal on mittemaadetud. Arvutamise sammud:

• Põhiline pingetasem: Vasta süsteemi busbari pingele.

• Kapatsitiivne vool: Summeerige kaabele/üleheades liini voolu koos substaadi seadmete mõjuga.

• Vastuse väärtus: Tagage kiire nulljärgulise kaitse aktiveerimine.

• Transformaatori võimsus: Arvestage maandusvastuse reitinguga; lisage sekundaarsed laadid, kui see toimib substaadi elektritarnijana.

3 Näide maandustransformaatori võimsuse arvutamisest
3.1 Projekti ülevaade
50 MW keskpunktiga päikesebatterijamad fixeeritud paigutusega 1340 meetri kõrgusel (aastane keskmine 3°C) ei nõua alandamist kõrguse või niiskuse tõttu. Koosneb 50×1 MW alamkomplektidest, DC inverteeritakse ja tõstetakse kohapeal 35 kV-le. Kümme alamkomplekti moodustab kollektsiooniliini, mis jookseb 35 kV ühebusis süsteemi, siis tõstetakse 110 kV-le (täismääras maadetud neutraal). 35 kV tõstmisestants sisaldab madalpingelist peamist transformaatorit, 5 päikese kogumiliini, maandustransformaatorit, substaadi elektritarnijat, reaktiivset kompensatsiooni ja PT tsirkuite, neutraal maandatakse vastusega.

3.2 Maandustransformaatori võimsuse arvutamine
3.2.1 Maandusmeetod

Maandustransformaatori põhiline reitingupingetasem vastab 35 kV süsteemipingele. 35 kV kogumiliinid on peamiselt otspostitused (kokku 34 km), lisaks 2 km üleheades liini.

• Ühefaasi maanduskapatsitiivne vool 35 kV üleheades kogumiliinides: Ic1=3.3×U_L×L×10−3=0.231A

• Ühefaasi maanduskapatsitiivne vool 35 kV kaabele kogumiliinides: Ic2=0.1×U_L×L=119A

( U_L): võrguliini faaside vaheline pingetasem (kV); L: liini pikkus (km))

Kui 35 kV substaadi kapatsitiivne vool suureneb 13%, siis arvutatud päikesebatterijama ühefaasi maanduskapatsitiivne vool ületab 10 A. Seetõttu kasutatakse 35 kV busbari neutraalpunkti vastusega maandamist.

3.2.2 Maandustransformaatori võimsus

Maandusvastuse puhul peab põhiline pingetasem U_R≥21.21kV. Ühefaasi vigaga juhul seatatakse maavoo 150–500 A, nii et I_R=400A, ja R=50.5Ω, P_R≥U_R×I_R. Väikese vastusega maandussüsteemides on maandustransformaatori võimsus 1/10 vigavooli - vastavast võimsusest. Kuna eraldi substaadi elektritarnija eksisteerib, jäävad sekundaarsed laadid välja. Tehniliste-majanduslike tegurite, ilmastikuolude ja kõrguse arvesse võttes seatatakse võimsus 1000 kVA.

4.Järeldus

Taastuvenergia, nagu päikeseenergia, areng vastab kogu maailma riikide tööstuspoliitikale. Neutraalne maandusmeetod mõjutab aspekte, nagu elektrisüsteemi disain ja töötlemine. Valides neutraalset maandusmeetodit süsteemile, tuleb üldiselt kaaluda mõju süsteemi elektritarningu usaldusväärsusele, seadmete isolatsioonitasemele ja relekaardiprotsessi rakendamise keerukusele.