Жарнамақтанған ФОТ электр станциялары үшін интегралдық шешімдер: трансформаторларды таңдау және өнерлік жобалау және ақылды ОТЖ

Жарықты қосуға арналған ФОТ электр станцияларының трансформаторлары үшін интегрированные шешімдер: Тандау, өнеркәсіптік жасау және ақылды ОҚ​

​1. ФОТ трансформаторларының негізгі функциялары және технологиялық дамуы​
Жарықты қосуға арналған фотогальваникалық (ФОТ) жүйелерде трансформаторлар энергия айналымының маңызды орталығы ретінде қызмет етеді, олардың жұмысы стансияның өндірісі мен желінің стабилдігіне тиесілі болады. Электромагниттік индукция принциптерін пайдаланып, ФОТ трансформаторлар инверторлардан шығатын төмен басынғы AC және DC токтарды (әдетте 380В-800В) желіге сәйкес орта/жоғары деңгейлерге (10кВ-35кВ) көтереді, бұл ұзақ қашықтықтағы өту және желіге қолайлы интеграция үшін маңызды. Бұл напрямдандыру өте маңызды: ФОТ модулдары DC энергиясын өндіреді, инвертордан кейін де төмен басынғы токқа қалады. Егер басынғы деңгейді көтеру жасалмаса, қатар токтың өту қындығы 20%ға жету мүмкін, бұл проекттің экономикалық ықтималдығын өтінеміз.

​1.1 Электрдік изоляция және қауіпсіздік қорғау​
Современделген ФОТ трансформаторлар толық қауіпсіздік үшін көптеген қорғау механизімдерін интегралдайды:

• ​Электрдік изоляция: Инвертордан қалған DC компоненттерін тұтыну арқылы желідегі трансформаторларда DC bias'ты алдын алады.
• ​Қысқа шығыс қорғау: Импеданс дизайны қысқа шығыс токты 5-8 есе рейтингінен астам қала отырып, жабдықтардың зиянды қындығын азайтады.
• ​Жарықты қорғау: Жылтық топталған трансформаторлар үшін жоғары ісетін температуралы изоляция маслары (мысалы, табигі жир, >350°C) минералдық масланың (~160°C) қарағанда жарықтың қауіпсіздігін 70% азайтады, бұл ашық орталықтарда қызмет көрсету үшін ыңғайлы.

​1.2 Энергия сапасын жақсарту​
ФОТ трансформаторлар желіге қолайлы болуға жеткізеді:

• ​Армондарды басу: Іске қосылатын динамикалық фильтрлер және әртүрлі виткелер (мысалы, екі бөлікті дизайн) жоғары дауысты армондарды (THD типі <3%) басады.
• ​Напрямдандыру өсуін басу: Нақты заттың таңбасын өзгерту (OLTC) ұзақ қашықтықтағы өту немесе жүк өсуі үшін ±10% динамикалық напрямдандыру өсуін жасайды.
  Нақты деректер: 200МВт Сауд Арабия заводы оптимизациядан кейін желідегі напрямдандыру өсуін 4.2% дан 1.8% ге төмендетті, жыл сайын құрылғының иштеу уақытын 45% азайтады.

​1.3 Технологиялық тенденциялар және инновациялар​
ФОТ трансформаторлар үш негізгі инновация арқылы дамуда:

• ​Солидтік трансформаторлар (SST)​: Темір ядроларды энергетикалық электроникаға ауыстырып, >5кГц жоғары дауысты изоляция және реактивті энергия қызметін жасайды. Миллисекундтық жауап беру арқылы өлшемін 50% азайтады.
• ​Кең диапазондагы қолданбау: Магниттік қорғау және RC снубберлер (1кГц-10МГц) электромагниттік шуын басады, аз қуатты желілердегі стабилдікті жақсартады.
• ​Адаптивті динамикалық қосу: Реалдық уақытта жаңарту виткелерді ағымдық фаза өзгерістеріне қарай өзгерту арқылы напрямдандыру өсуін (жауап уақыты <20мс) қосады.

​2 Негізгі тандау параметрлері және оптимизация стратегиялары​
Трансформаторды таңдау ғылыми есептеу және сценарийге ыңғайлау үшін қажет. Негізгі параметрлер система өндірісі мен ROI-н анықтайды.

​2.1 Өндіріс ықтималдығы және тығыз жобалау​
Еңбек (кВА) = ФОТ қосылатын өндіріс (кВт) × Тығыз фактор, бұл фактор қамтиды:

• Негізгі тығыз: 1.1× (гармоникалық токтар/тез өсу).
• Будущее расширение: +0.1–0.15×.
• Environment: +0.05× in high-temperature areas.
  Case Study: An 800kW rooftop project selected a 1250kVA dry-type transformer using: 800 × (1.1 + 0.15) = 1000kVA. This handled 1.3× transient overload at noon and supported 200kW expansion in Year 2.

​2.2 Voltage Adaptation and Topology​
A three-tier voltage validation ensures stability:

1. Primary: Low-voltage (LV) side matches inverter output (±5% tolerance):
• 380V system → 400V inverter
• 660V system → 630–690V inverter
2. Secondary: High-voltage (HV) side aligns with grid standards:
• China: 10kV/35kV
• Europe/N. America: 33kV
3. Phase: Connection group selection:
• Low-voltage grid: Ynd11 (30° phase compensation)
• High-voltage grid: Dy11 (3rd-harmonic suppression)
  Failure Case: A 20MW Vietnam station skipped voltage validation (380V/33kV transformer + 400V inverter), causing insulation aging within 8 months and $230k revenue loss.

​2.3 Loss Control and Efficiency Optimization​
Transformers account for 15–20% of station losses. Strategies include:

• Core Loss Reduction: Amorphous alloy cores (e.g., SG-B14) lower no-load loss by 60%, saving 42,000 kWh/year for a 1.25 MVA transformer.
• Copper Loss Control: Copper foil windings (+3% conductivity) and liquid cooling reduce load loss by 12%.
• Smart Sleep Mode: Automatic nighttime standby (power <0.5 kW).
  ROI Analysis: Though amorphous cores cost 30% more, a 1MW system achieves 37% lower annual loss costs, with a payback period <4 years.

​3 Environmental Adaptability and Safety Protection​
Diverse deployment environments demand robust solutions across materials, structure, and protection.

​3.1 Special Environmental Strategies​

• High Altitude (>2000m): Enhanced insulation (power frequency withstand +30%) + sealed radiators. A 3000m Tibet plant reduced winding temperature rise by 15K.
• Coastal High Humidity/Salt: 316L stainless steel + triple coating (zinc epoxy primer, polyurethane mid-layer, fluorocarbon topcoat) → IP65 rating. Hermetic sealing (<5% humidity) prevented corrosion in an 8mg/m³ salt spray environment over 5 years.
• Desert Sand: Labyrinth air filters (99.5% efficiency) + self-cleaning fans extend maintenance to 6 months. Sandstorm auto-switch to internal circulation.

​3.2 Structural Protection and Cooling Innovations​

• Compact Rooftop Design: Vertical air ducts (+25% cooling area) with low-noise fans (<65dB).
• Integrated Pad-Mounted Units: Combine transformer, ring main unit, metering (<8m² footprint), cutting installation time by 70%.
• Phase-Change Cooling: Paraffin-based materials (70°C melting point) at hotspots enhance sustained overload capacity by 15%.

​4 Smart O&M and Lifecycle Management​
PV transformer maintenance is shifting from "fail-and-fix" to "predict-and-prevent" using IoT and big data.

​4.1 Smart Monitoring and Diagnostics​
Three-layer monitoring:

1. Core Parameters: Winding temperature (±0.5°C fiber optics), dissolved gas analysis (H₂, CH₄, C₂H₂), vibration spectra (10kHz sampling).
2. Edge Computing: Localized analysis triggers protection in <100ms.
3. Cloud Platform: Matches fault codes (87% coverage), predicts lifespan (<5% error), auto-generates work orders.
   Success Case: A 1MW rooftop system pre-empted interturn short-circuit 72h early, preventing 18kequipmentlossand18k equipment loss and 18kequipmentlossand5.2k/day outage.

​4.2 Preventive Maintenance​
Data-driven maintenance protocols:

• Oil-Immersed:
• Bi-annual: Oil withstand (>40kV), moisture testing (<20ppm).
• Biannual: IR thermography (alert if ΔT >15K).
• Dry-Type:
• Quarterly: Dust removal (airflow resistance <15Pa).
• Annual: Insulation resistance (>500MΩ).
  Lifespan Extension: Dissolved gas analysis (DGA) with deep learning (LSTM) predicts lifespan with 92% accuracy. Proactive tap-changer replacement (after 60k operations) prevents failures.

​4.3 Modular Design and Rapid Response​
Leading vendors offer modular solutions to boost efficiency:

• Fault location via built-in impedance units (<10min).
• Regional spare parts warehouses (90% delivered in 24h).
• Plug-and-play design (<4h replacement vs. 3 days conventional).
• AR-assisted remote support.
  Economy: Modular systems reduce repair costs by 45% and generation loss by 38%, ideal for distributed PV.

​5 Integrated Solution Recommendations​

​5.1 Utility-Scale Plant Solutions​

• Core: Oil-immersed (natural ester oil).
• Capacity: 10–100 MVA.
• Features:
• Dual-split windings (isolate inverter interference).
• Forced oil circulation (+40% cooling).
• Integrated OLTC (±15% range).
• Case: 31500kVA transformers at a 500MW desert plant achieved 99.3% annual availability.

​5.2 Rooftop Distributed Solutions​

• Core: Amorphous-core dry-type.
• Capacity: 500–2500 kVA.
• Features:
• Compact footprint (<2.5 m²/MVA).
• IP65 rated.
• Low noise (<65dB).
• Optimizations:
• Roof load verification (<800kg/m²).
• Ventilation clearance (≥1.5m front/rear).
• Surge arrester residual voltage ≤2.5kV.
  Industrial Case: A 5MW coastal factory project saved 30% space and reduced O&M costs to $1.2k/year.

​5.3 Special Scenario Applications​

• Agrivoltaics:
• Elevated installation (>3m height).
• Anti-mildew coating (for RH >95%).
• Ultrasonic bird repellents + insulation jackets.
• Floating PV:
• Buoyant platforms (≥2× weight capacity).
• Multi-sealed enclosures (welded + epoxy-filled).
• Earth leakage monitoring (1mA sensitivity).
• Arctic Areas:
• Low-temperature heating strips (starts at -40°C).
• Synthetic oil (pour point <-45°C).
• Micro-positive-pressure cabinets (anti-icing).