Pengiraan Reka Bentuk untuk Skim Penyambungan Neutral dan Penentuan Saiz Transformator Penyambungan dalam Tumbuhan Tenaga Surya PV Skala Utiliti

1 Pengelasan Kaedah Penjejak Neutral untuk Stesen Kuasa Fotovoltaik Solar

Dipengaruhi oleh perbezaan aras voltan dan struktur grid di kawasan berbeza, kaedah penjejak neutral sistem kuasa terutamanya dikategorikan kepada penjejakan tidak berkesan dan penjejakan berkesan. Penjejakan tidak berkesan termasuk penjejak neutral melalui koil pemadam lengkung api dan sistem neutral tidak digunakan, manakala penjejakan berkesan merangkumi penjejak neutral padu dan penjejak neutral melalui rintangan. Pilihan kaedah penjejak neutral adalah isu yang menyeluruh, melibatkan pertimbangan sensitiviti perlindungan relai, tahap pengasingan peralatan, kos pelaburan, kesinambungan bekalan kuasa, kesukaran operasi dan penyelenggaraan, lingkup kegagalan, dan impak terhadap kestabilan sistem.

1.1 Penjejakan Tidak Berkesan
1.1.1 Penjejak Neutral Melalui Koil Pemadam Lengkung Api

Koil pemadam lengkung api dipasang pada titik neutral sistem. Semasa kegagalan, arus induktif mengimbangi arus kapasitif sistem, dan arus kegagalan titik penjejak adalah arus induktif baki selepas pembetulan. Apabila kegagalan fasa tunggal berlaku, koil mengimbangi arus kapasitif untuk memadamkan lengkung api penjejak dengan cepat, menekan lengkung api intermiten dan overvoltan. Sistem boleh terus beroperasi seketika selepas kegagalan, sesuai untuk skenario bekalan kuasa tinggi kebolehpercayaan.

Ciri-ciri utama:

• Perlindungan & Operasi: Arus penjejak kecil membuat perlindungan arus sifar biasa kurang sensitif, memerlukan perlindungan fasa tunggal yang rumit. Koil mesti beroperasi dalam mod over-compensation; pengendali perlu menyesuaikan parameter secara tepat dengan perubahan grid, mengkomplikasi penyelenggaraan.

• Konfigurasi: Elakkan pemasangan berpusat beberapa koil atau set-up koil tunggal untuk mencegah kegagalan pembetulan.

• Kesesuaian & Had: Sesuai untuk sistem dengan arus kapasitif fasa tunggal yang besar, mengurangkan kesan thermal peralatan dan membolehkan bekalan kuasa sementara. Tetapi perlindungan relai tidak dapat memotong kegagalan dengan cepat di stesen PV sederhana-besar. Oleh itu, ia kurang digunakan di stesen PV aras MW dan lebih tinggi serta busbar 10 kV/35 kV, dengan sistem koil pemadam lengkung api awal dinaik taraf.

1.1.2 Neutral Tidak Digunakan

Sistem neutral tidak digunakan (penjejakan tidak berkesan) mempunyai arus kegagalan dari penghubungan kapasitif garis/peralatan semasa kegagalan fasa tunggal, tanpa litar hubungan pendek. Ini membolehkan operasi kegagalan selama 1-2 jam disebabkan arus rendah dan tegangan antara fasa yang terkekalkan, tetapi risiko overvoltan akibat pemantapan lengkung api memerlukan pengasingan yang tinggi. Sesuai untuk arus kapasitif kecil (contohnya, bahagian AC inverter PV, transformator LV neutral tidak dipasang).

1.2 Penjejakan Berkesan
1.2.1 Penjejak Neutral Padu

Menyediakan arus kegagalan yang tinggi, perlindungan sensitif, overvoltan rendah, dan pengasingan yang longgar, tetapi risiko kebolehpercayaan yang berkurangan disebabkan arus penjejak yang berlebihan dan gangguan komunikasi yang serius. Biasa digunakan pada stesen PV ≥50 MW dengan transformator HV ≥110 kV, dengan switch isolasi neutral/pelan petir untuk penjejak fleksibel.

1.2.2 Penjejak Neutral Rintangan

Memasukkan arus aktif > arus kapasitif melalui rintangan neutral, membolehkan perlindungan sifar urutan tinggi sensitiviti untuk pemisahan kegagalan yang cepat. Kelebihan:

• Parameter stabil: Tiada penyesuaian diperlukan semasa operasi awal.

• Ekonomi pengasingan: Syarat pengasingan rendah dari pemisahan kegagalan yang cepat.

• Penggunaan: Sistem kabel panjang, transformator/motor kapasiti tinggi, dan stesen PV dengan arus kapasitif yang tinggi.

• Hierarki voltan:

• ≥220 kV: penjejak padu

• 66-110 kV: majoriti padu, minoriti tidak padu

• 6-35 kV: majoriti tidak padu, minoriti padu

2 Pengiraan Kapasiti Transformator Penjejak

Untuk bus 10/35 kV stesen PV aras MW (penjejak rintangan), transformator penjejak khusus diperlukan jika neutral tidak dipasang. Langkah pengiraan:

• Voltan primer: Padankan voltan bus sistem.

• Arus kapasitif: Jumlahkan arus kabel/garis udara ditambah kesan peralatan substation.

• Nilai rintangan: Pastikan aktivasi perlindungan sifar urutan yang cepat.

• Kapasiti transformator: Pertimbangkan rating rintangan penjejak; sertakan beban sekunder jika bertindak sebagai kuasa stesen.

3 Contoh Pengiraan Kapasiti Transformator Penjejak
3.1 Gambaran Projek
Stesen kuasa PV sentral 50 MW dengan mount tetap pada ketinggian 1340 m (purata tahunan 3°C) tidak memerlukan derating untuk ketinggian atau kelembapan. Terdiri daripada 50x1 MW sub-array, DC diinvers dan dinaikkan menjadi 35 kV tempatan. Sepuluh sub-array membentuk garis pengumpul yang memberi makan ke dalam sistem bus 35 kV tunggal, kemudian dinaikkan menjadi 110 kV (neutral digunakan padu). Stesen step-up 35 kV termasuk transformator utama LV, 5 garis pengumpul PV, transformator penjejak, transformator servis stesen, kompensasi reaktif, dan litar PT, dengan penjejak rintangan untuk neutral.

3.2 Pengiraan Kapasiti Transformator Penjejak
3.2.1 Kaedah Penjejak

Voltan primer terletak transformator penjejak sepadan dengan voltan sistem 35 kV. Garis pengumpul 35 kV kebanyakannya kabel terbenam langsung (34 km jumlahnya), dengan 2 km garis udara.

• Arus kapasitif penjejak fasa tunggal untuk garis pengumpul 35 kV udara: Ic1=3.3×U_L×L×10−3=0.231A

• Arus kapasitif penjejak fasa tunggal untuk garis pengumpul 35 kV kabel: Ic2=0.1×U_L×L=119A

( U_L): voltan baris ke baris grid (kV); L: panjang garis (km))

Dengan peningkatan 13% arus kapasitif substation 35 kV, arus kapasitif penjejak fasa tunggal stesen PV melebihi 10 A. Oleh itu, titik neutral bus 35 kV menggunakan penjejak rintangan.

3.2.2 Kapasiti Transformator Penjejak

Untuk rintangan penjejak, voltan primer U_R≥21.21kV. Dalam keadaan kegagalan fasa tunggal, arus kegagalan bumi ditetapkan 150-500 A, jadi I_R=400A, dan dengan R=50.5Ω，P_R≥U_R×I_R.Dalam sistem penjejak rintangan rendah, kapasiti transformator penjejak adalah 1/10 kapasiti yang bersesuaian dengan arus kegagalan. Kerana wujudnya transformator servis stesen yang berasingan, beban sekunder diabaikan. Mengambil kira faktor teknikal-ekonomi, keadaan meteorologi, dan ketinggian, kapasiti ditetapkan 1000 kVA.

4. Kesimpulan

Pembangunan tenaga boleh diperbaharui seperti fotovoltaik mematuhi dasar pembangunan industri negara-negara di seluruh dunia. Kaedah penjejak neutral mempengaruhi aspek seperti reka bentuk dan operasi sistem kuasa. Semasa memilih kaedah penjejak neutral untuk sistem, perlu dipertimbangkan secara menyeluruh impaknya terhadap kebolehpercayaan bekalan kuasa sistem dan tahap pengasingan peralatan, serta kesukaran dalam melaksanakan perlindungan relai.