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

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

Nakakaapekto ang mga pagkakaiba sa lebel ng voltaje at grid structures sa iba't ibang rehiyon sa mga paraan ng grounding ng neutral ng power systems, na pangunahing nakaklase bilang non-effective grounding at effective grounding. Ang non-effective grounding ay kabilang ang neutral grounding via arc suppression coils at neutral ungrounded systems, habang ang effective grounding ay binubuo ng neutral solid grounding at neutral grounding via resistors. Ang pagpili ng paraan ng grounding ng neutral ay isang komprehensibong isyu, kasama ang pag-consider ng sensitibidad ng relay protection, lebel ng insulation ng equipment, cost ng investment, continuity ng power supply, difficulty ng operation at maintenance, saklaw ng fault, at impact sa stability ng sistema.

1.1 Non - effective Grounding
1.1.1 Neutral Grounding via Arc Suppression Coils

Ang isang arc suppression coil ay nainstal sa neutral point ng sistema. Sa panahon ng mga fault, ang inductive current ay nag-compensate sa capacitive current ng sistema, at ang fault current sa grounding point ay ang residual inductive current pagkatapos ng compensation. Kapag may single-phase grounding fault, ang coil ay nag-compensate ng capacitive current upang mabilis na i-extinguish ang grounding arc, suppresing intermittent arcs at overvoltage. Ang sistema ay maaaring magpatuloy na tumatakbo para sa ilang oras matapos ang fault, na angkop sa mga scenario ng mataas na reliable na power supply.

Mga pangunahing katangian:

• Proteksyon & Operasyon: Ang maliit na grounding current ay nagbibigay ng kakulangan sa sensitibidad ng ordinaryong zero-sequence current protection, kaya kinakailangan ng mahirap na single-phase grounding protection. Ang coil ay kailangang gumana sa over-compensation mode; ang mga operator ay kailangang makontrol ng mga parameter nang maaga sa mga pagbabago ng grid, na nagdudulot ng mas mahirap na maintenance.

• Konfigurasyon: Iwasan ang centralized installation ng maraming coils o single-coil setup upang maiwasan ang failure ng compensation.

• Applicability & Limitations: Angkop sa mga sistema na may malaking single-phase grounding capacitive currents, na nagbabawas ng thermal effects ng equipment at nagbibigay ng short-term continuous power supply. Ngunit ang relay protection ay hindi maaaring mabilis na icut-off ang mga fault sa medium-large PV stations. Kaya ito ay mas kaunti ang ginagamit sa MW-level at higit pa na PV stations at 10 kV/35 kV busbars, at ang mga early arc-suppression-coil systems ay nag-uundergo ng retrofitting.

1.1.2 Neutral Ungrounded

Ang mga neutral ungrounded systems (non-effective 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 faulted operasyon dahil sa mababang currents at maintained interphase voltages, ngunit may panganib ng arc reignition overvoltage na nangangailangan ng mataas na insulation. Angkop para sa maliit na capacitive currents (halimbawa, AC sides ng PV inverter, un 引出 neutral LV transformers).

1.2 Effective Grounding
1.2.1 Neutral Solid Grounding

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

1.2.2 Neutral Resistance Grounding

Nag-inject ng active current > capacitive current via neutral resistors, na nagbibigay ng mataas na sensitibong zero-sequence protection para sa mabilis na fault isolation. Mga advantage:

• Stable parameters: Walang adjustments needed during initial operation.

• Insulation economy: Mababang insulation requirements dahil sa mabilis na fault clearance.

• Application: Long 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 Capacity ng Grounding Transformer

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

• Primary voltage: Match system bus voltage.

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

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

• Transformer capacity: Account for grounding resistor rating; include secondary loads if serving as station power.

3 Halimbawa ng Pagsusuri ng Capacity ng Grounding Transformer
3.1 Project Overview
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 50x1 MW sub-arrays, ang DC ay ininverted at stepped up to 35 kV locally. Sampung sub-arrays form a collector line feeding into a 35 kV single-bus system, then 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 Capacity ng Grounding Transformer
3.2.1 Grounding Method

Ang primary rated voltage ng grounding transformer ay match 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: line length (km))

Sa 13% increase sa capacitive current ng 35 kV substation, ang calculated 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 Grounding Transformer Capacity

Para sa grounding resistor, ang primary voltage U_R≥21.21kV. Sa panahon ng single-phase fault, ang earth-fault current ay set sa 150-500 A, kaya I_R=400A, at R=50.5Ω, P_R≥U_R×I_R. Sa low-resistance grounding systems, ang capacity ng grounding transformer ay 1/10 ng fault current-corresponding capacity. Dahil may separate station service transformer, ang secondary loads ay inignore. Kasama ang technical-economic factors, meteorological conditions, at altitude, ang capacity ay set sa 1000 kVA.

4.Katapusang Pahayag

Ang pag-unlad ng renewable energy tulad ng photovoltaics ay sumasang-ayon sa mga patakaran ng industriya ng iba't ibang bansa. Ang paraan ng grounding ng neutral ay may epekto sa mga aspeto ng disenyo at operasyon ng power system. Sa pagpili ng paraan ng grounding ng neutral para sa sistema, dapat buuin ang mga epekto sa reliabilidad ng power supply ng sistema at lebel ng insulation ng equipment, pati na rin ang difficulty sa pag-implement ng relay protection.