Pagsusulat ng mga Kalkulasyon para sa Mga Skema ng Neutral Grounding at Pagsukat ng Grounding Transformer sa Utility-Scale na Solar PV Plants

1 Klasipikasyon ng mga Paraan ng Neutral Grounding para sa Mga Solar Photovoltaic Power Station

Nakakaapekto ang pagkakaiba-iba ng mga antas ng voltaje at estruktura ng grid sa iba't ibang rehiyon sa mga paraan ng neutral grounding ng mga power system. Ang mga ito ay pangunahing nakaklase bilang hindi epektibong grounding at epektibong grounding. Ang hindi epektibong grounding kasama ang neutral grounding via arc suppression coils at neutral ungrounded systems, samantalang ang epektibong grounding ay binubuo ng neutral solid grounding at neutral grounding via resistors. Ang pagpili ng isang paraan ng neutral grounding ay isang komprehensibong isyu, na may kinalaman sa sensitibidad ng relay protection, antas ng insulation ng mga kagamitan, halaga ng puhunan, patuloy na suplay ng kuryente, hirap sa operasyon at maintenance, saklaw ng pagkasira, at epekto sa estabilidad ng sistema.

1.1 Hindi Epektibong Grounding
1.1.1 Neutral Grounding via Arc Suppression Coils

Ang isang arc suppression coil ay nakalagay sa neutral point ng sistema. Sa panahon ng pagkasira, ang inductive current ay nagsisilbing kompensasyon sa capacitive current ng sistema, at ang fault current sa grounding point ay ang natitirang inductive current pagkatapos ng kompensasyon. Kapag may single-phase grounding fault, ang coil ay nagsisilbing kompensasyon sa capacitive current upang mabilis na mapatay ang grounding arc, na nagbabawas ng intermittent arcs at overvoltage. Ang sistema ay maaaring magpatuloy na tumatakbo para sa isang panahon pagkatapos ng pagkasira, na angkop para sa mga sitwasyon ng mataas na reliyable na suplay ng kuryente.

Pangunahing Katangian:

• Proteksyon & Operasyon: Ang maliit na grounding current ay gumagawa ng ordinaryong zero-sequence current protection na kulang sa sensitibidad, na nangangailangan ng komplikadong single-phase grounding protection. Ang coil ay kailangang magtrabaho sa over-compensation mode; ang mga operator ay kailangang i-adjust ang mga parameter nang agad kapag may pagbabago sa grid, na nagpapahirap sa maintenance.

• Konfigurasyon: Iwasan ang konserbatibong pag-install ng maraming coils o single-coil setup upang maiwasan ang pagkakasira ng kompensasyon.

• Applicability & Limitations: Angkop para sa mga sistema na may malaking single-phase grounding capacitive currents, na nagbabawas ng thermal effects ng mga kagamitan at nagbibigay ng maikling panahon na patuloy na suplay ng kuryente. Ngunit ang relay protection ay hindi mabilis na maaaring putulin ang mga pagkasira sa medium-large PV stations. Kaya ito ay mas kaunti ang ginagamit sa MW-level at ibabaw na PV stations at 10 kV/35 kV busbars, at ang mga sinaunang arc-suppression-coil systems ay nag-uundergo ng retrofitting.

1.1.2 Neutral Ungrounded

Ang mga neutral ungrounded systems (hindi epektibong grounding) ay may fault currents mula sa line/equipment capacitive coupling sa panahon ng single-phase faults, na walang short-circuit loop. Ito ay nagbibigay ng 1-2 oras ng pag-operate habang may pagkasira dahil sa mababang current at pinanatiling interphase voltages, ngunit may panganib ng arc reignition overvoltage na nangangailangan ng mataas na insulation. Angkop para sa maliit na capacitive currents (hal. AC sides ng PV inverter, ungrounded neutral LV transformers).

1.2 Epektibong Grounding
1.2.1 Neutral Solid Grounding

Nagbibigay ng mataas na fault current, sensitibong proteksyon, mababang overvoltage, at mas relaxed na insulation, ngunit may panganib ng bawas na reliyabilidad dahil sa sobrang grounding currents at matinding communication interference. Karaniwan sa ≥50 MW PV stations' ≥110 kV HV transformers, na may neutral isolation switches/lightning arresters para sa flexible grounding.

1.2.2 Neutral Resistance Grounding

Nag-inject ng aktibong current > capacitive current via neutral resistors, na nagbibigay ng mataas na sensitibong zero-sequence protection para sa mabilis na pag-isolate ng fault. Mga adhika:

• Stable parameters: Walang kinakailangang adjustments sa panahon ng unang operasyon.

• Insulation economy: Mababang insulation requirements dahil sa mabilis na pag-clear ng fault.

• Application: Mga mahabang cable systems, high-capacity transformers/motors, at PV stations na may mataas na capacitive currents.

• Voltage hierarchy:

• ≥220 kV: solid grounding

• 66–110 kV: majority solid, minority non-solid

• 6–35 kV: majority non-solid, minority solid

2 Pagsusuri ng Kapasidad ng Grounding Transformer

Para sa MW-scale PV stations' 10/35 kV buses (resistance grounding), kailangan ng mga dedikadong grounding transformers kung ang neutrals ay hindi 引出. Mga hakbang sa pagsusuri:

• Primary voltage: Matchin ng system bus voltage.

• Capacitive current: Sum ng cable/overhead line currents plus substation equipment effects.

• Resistor value: Sigurado na mabilis na zero-sequence protection activation.

• Transformer capacity: Inclusion ng grounding resistor rating; kasama ang secondary loads kung siyang naglilingkod bilang station power.

3 Halimbawa ng Pagsusuri ng Kapasidad ng Grounding Transformer
3.1 Buod ng Proyekto
Isang 50 MW centralized PV power station na may fixed mounts sa 1340 m altitude (annual avg. 3°C) na walang derating para sa altitude o humidity. Binubuo ng 50×1 MW sub-arrays, ang DC ay ininverted at stepped up to 35 kV locally. Sampung sub-arrays ay bumubuo ng isang collector line na nagpupunta sa isang 35 kV single-bus system, pagkatapos ay stepped up to 110 kV (solidly grounded neutral). Ang 35 kV step-up station ay kasama ang LV main transformer, 5 PV collector lines, grounding transformer, station service transformer, reactive compensation, at PT circuits, na may resistance grounding para sa neutral.

3.2 Pagsusuri ng Kapasidad ng Grounding Transformer
3.2.1 Paraan ng Grounding

Ang primary rated voltage ng grounding transformer ay tugma sa 35 kV system voltage. Ang 35 kV collector lines ay pangunahing direct-buried cables (34 km total), kasama ang 2 km ng overhead lines.

• Single-phase grounding capacitive current para sa 35 kV overhead collector lines:Ic1=3.3×U_L×L×10−3=0.231A

• Single-phase grounding capacitive current para sa 35 kV cable collector lines:Ic2=0.1×U_L×L=119A

( U_L): grid line-to-line voltage (kV); L: haba ng linya (km))

May 13% na pagtaas sa capacitive current ng 35 kV substation, ang inihesyo na single-phase grounding capacitive current ng PV station ay lumampas sa 10 A. Kaya, ang 35 kV bus neutral point ay gumagamit ng resistance grounding.

3.2.2 Kapasidad ng Grounding Transformer

Para sa grounding resistor, ang primary voltage U_R≥21.21kV. Sa panahon ng single-phase fault, ang earth-fault current ay itinakda sa 150–500 A, kaya I_R=400A, at R=50.5Ω，P_R≥U_R×I_R.Sa low-resistance grounding systems, ang kapasidad ng grounding transformer ay 1/10 ng fault current-corresponding capacity. Dahil mayroon nang hiwalay na station service transformer, ang secondary loads ay inignore. Sa pag-consider ng teknikal-ekonomiko, meteorological conditions, at altitude, ang kapasidad ay itinakda sa 1000 kVA.

4.Katapusang Salita

Ang pag-unlad ng renewable energy tulad ng photovoltaics ay sumasang-ayon sa mga patakaran ng industriyal na pag-unlad ng iba't ibang bansa sa buong mundo. Ang paraan ng neutral grounding ay may epekto sa disenyo at operasyon ng power system. Sa pagpili ng paraan ng neutral grounding para sa sistema, dapat na ma-comprehensively consider ang mga epekto sa reliyabilidad ng suplay ng kuryente ng sistema at insulation level ng mga kagamitan, pati na rin ang hirap sa implementasyon ng relay protection.