Penyelesaian Terpadu untuk Transformator Stesen Kuasa PV Sambungan Grid: Pilihan Seleksi Reka Bentuk dan O&M Cerdas

Penyelesaian Terpadu untuk Transformator Stesen Kuasa PV Berhubungan Grid: Pemilihan, Reka Bentuk, dan O&M Cerdas​

​1 Fungsi Utama dan Evolusi Teknologi Transformator PV​
Dalam sistem fotovoltaik (PV) berhubungan grid, transformator bertindak sebagai pusat pengubah tenaga yang penting, dengan prestasi mereka secara langsung mempengaruhi kecekapan stesen kuasa dan kestabilan grid. Dengan menggunakan prinsip induksi elektromagnet, transformator PV meningkatkan output AC rendah volt dari inverter (biasanya 380V-800V) kepada tahap volt menengah/tinggi yang sesuai dengan grid (10kV-35kV), membolehkan penghantaran jarak jauh yang cekap dan integrasi grid yang selamat. Pengubah volt ini adalah penting: modul PV menghasilkan tenaga DC, yang tetap pada volt rendah selepas inversi. Tanpa peningkatan, kerugian penghantaran laluan boleh melebihi 20%, mengancam viabiliti ekonomi projek.

​1.1 Isolasi Elektrik dan Perlindungan Keselamatan​
Transformator PV moden mengintegrasikan mekanisme perlindungan pelbagai lapisan untuk keselamatan yang menyeluruh:

• ​Isolasi Elektrik: Menghalang komponen DC sisa dari inverter untuk mencegah biasan DC dalam transformator grid.
• ​Perlindungan Sambungan Pendek: Reka bentuk impedans membatasi arus kerosakan kepada 5-8 kali arus dinamik, mengurangkan kerosakan peralatan.
• ​Keselamatan Kebakaran: Untuk transformator yang direndam minyak, minyak isolasi dengan titik penyalaan tinggi (contohnya, minyak ester semula jadi, >350°C) mengurangkan risiko kebakaran lebih daripada 70% berbanding minyak mineral (~160°C), ideal untuk stesen di kawasan terpencil dengan sumber pemadam kebakaran yang terhad.

​1.2 Pengoptimuman Kualiti Tenaga​
Transformator PV meningkatkan kebolehpatuhan grid secara langsung:

• ​Pengurangan Harmonik: Penapis dinamik bina-dalam dan lilitan khusus (contohnya, reka bentuk dua bahagian) mengurangkan harmonik frekuensi tinggi (THD biasanya <3%).
• ​Penurunan Fluktuasi Volt: On-Load Tap Changers (OLTC) membolehkan penyesuaian volt dinamik ±10% untuk penghantaran jarak jauh atau lonjakan beban.
  Data sebenar: Sebuah stesen 200MW di Arab Saudi mengurangkan distorsi volt grid dari 4.2% kepada 1.8% selepas pengoptimuman, mengurangkan masa henti tahunan sebanyak 45%.

​1.3 Tren Teknologi dan Inovasi​
Transformator PV berkembang melalui tiga inovasi utama:

• ​Transformator Solid-State (SST)​: Menggantikan inti besi dengan elektronik kuasa, mencapai isolasi frekuensi tinggi >5kHz dan kompensasi daya reaktif. Mengurangkan saiz sebanyak 50% dengan respons milisecond.
• ​Anti-Gangguan Lebar-Band: Perisai magnetik dan snubber RC menekan bunyi emf (1kHz-10MHz), meningkatkan kestabilan dalam grid lemah.
• ​Kompensasi Dinamik Adaptif: Pemantauan masa nyata menyesuaikan putaran lilitan berdasarkan perubahan fasa arus, mengimbangi penurunan volt (masa respons <20ms).

​2 Parameter Pemilihan Utama dan Strategi Pengoptimuman​
Pemilihan transformator memerlukan pengiraan saintifik dan adaptasi skenario. Parameter utama menentukan kecekapan sistem dan ROI.

​2.1 Penyesuaian Kapasiti dan Reka Bentuk Redundansi​
Kapasiti (kVA) = Kapasiti PV Dipasang (kW) × Faktor Redundansi, di mana faktor tersebut termasuk:

• Redundansi Asas: 1.1× (untuk arus harmonik/beban sementara).
• Pembesaran Masa Depan: +0.1-0.15×.
• Lingkungan: +0.05× di kawasan suhu tinggi.
  Kajian Kasus: Sebuah projek atap 800kW memilih transformator jenis kering 1250kVA menggunakan: 800 × (1.1 + 0.15) = 1000kVA. Ini menangani beban sementara 1.3× pada tengah hari dan menyokong pembesaran 200kW pada Tahun 2.

​2.2 Penyesuaian Volt dan Topologi​
Validasi volt tiga tingkat memastikan kestabilan:

1. Utama: Sisi volt rendah (LV) sepadan dengan output inverter (±5% toleransi):
• Sistem 380V → inverter 400V
• Sistem 660V → inverter 630-690V
2. Sekunder: Sisi volt tinggi (HV) sepadan dengan standard grid:
• China: 10kV/35kV
• Eropah/Amerika Utara: 33kV
3. Fasa: Pilihan kumpulan sambungan:
• Grid volt rendah: Ynd11 (pembaikan fasa 30°)
• Grid volt tinggi: Dy11 (penekanan harmonik ketiga)
  Kes Gagal: Sebuah stesen 20MW di Vietnam melewati validasi volt (transformator 380V/33kV + inverter 400V), menyebabkan penuaan isolasi dalam 8 bulan dan kerugian pendapatan $230k.

​2.3 Kawalan Kerugian dan Pengoptimuman Kecekapan​
Transformator membawa 15-20% kerugian stesen. Strategi termasuk:

• Pengurangan Kerugian Inti: Inti aloi amorf (contohnya, SG-B14) mengurangkan kerugian tanpa beban sebanyak 60%, menyelamatkan 42,000 kWh/tahun untuk transformator 1.25 MVA.
• Kawalan Kerugian Tembaga: Lilitan foil tembaga (+3% konduktiviti) dan pendinginan cecair mengurangkan kerugian beban sebanyak 12%.
• Mod Cerdas Tidur: Mod siaga automatik waktu malam (kuasa <0.5 kW).
  Analisis ROI: Walaupun inti amorf kos 30% lebih, sistem 1MW mencapai kos kerugian tahunan 37% lebih rendah, dengan tempoh pulangan <4 tahun.

​3 Ketahanan Lingkungan dan Perlindungan Keselamatan​
Lingkungan pelaksanaan yang berbeza memerlukan penyelesaian yang kukuh merangkumi bahan, struktur, dan perlindungan.

​3.1 Strategi Lingkungan Khas​

• Ketinggian Tinggi (>2000m): Isolasi ditingkatkan (daya tahan frekuensi kuasa +30%) + radiator tertutup. Sebuah stesen di Tibet 3000m mengurangkan peningkatan suhu lilitan sebanyak 15K.
• Pesisir Kelembapan Tinggi/Garam: Stainless steel 316L + tiga lapisan (primer epoksi seng, lapisan tengah poliuretan, lapisan atas fluoroarbon) → rating IP65. Penutup hermetik (<5% kelembapan) mencegah korosi dalam lingkungan semburan garam 8mg/m³ selama 5 tahun.
• Gurun Pasir: Penapis udara labirin (99.5% kecekapan) + kipas bersih sendiri memperpanjang pemeliharaan kepada 6 bulan. Peralihan otomatis ke sirkulasi dalaman semasa ribut pasir.

​3.2 Perlindungan Struktur dan Inovasi Pendinginan​

• Reka Bentuk Atap Padat: Saluran udara menegak (+25% kawasan pendinginan) dengan kipas rendah bunyi (<65dB).
• Unit Pad-Mounted Terpadu: Gabungan transformator, unit ring main, pengukuran (<8m² jejak tapak), mengurangkan masa pemasangan sebanyak 70%.
• Pendinginan Perubahan Fasa: Bahan berdasarkan parafin (titik lebur 70°C) di titik panas meningkatkan kapasiti beban sementara sebanyak 15%.

​4 O&M Cerdas dan Pengurusan Siklus Hidup​
Pemeliharaan transformator PV beralih dari "gagal dan perbaiki" ke "ramalkan dan elak" dengan menggunakan IoT dan data besar.

​4.1 Pemantauan dan Diagnostik Cerdas​
Pemantauan tiga lapisan:

1. Parameter Utama: Suhu lilitan (±0.5°C serat optik), analisis gas terlarut (H₂, CH₄, C₂H₂), spektra getaran (pengambilan sampel 10kHz).
2. Perkomputeran Pinggir: Analisis tempatan memicu perlindungan dalam <100ms.
3. Platform Awan: Menyelaraskan kod ralat (87% liputan), meramalkan umur pakai (<5% ralat), menghasilkan pesanan kerja secara automatik.
   Kes Berjaya: Sistem atap 1MW mengelakkan sambungan pendek antara lilitan 72 jam lebih awal, mencegah kerugian peralatan 18k dan gangguan 5.2k/hari.

​4.2 Pemeliharaan Pencegahan​
Protokol pemeliharaan berdasarkan data:

• Direndam Minyak:
• Setiap setengah tahun: Daya tahan minyak (>40kV), ujian kelembapan (<20ppm).
• Setiap setengah tahun: Termografi IR (alert jika ΔT >15K).
• Jenis Kering:
• Setiap suku tahun: Pembersihan debu (tahanan aliran udara <15Pa).
• Setiap tahun: Rintangan isolasi (>500MΩ).
  Penggalakan Umur Pakai: Analisis gas terlarut (DGA) dengan pembelajaran mendalam (LSTM) meramalkan umur pakai dengan ketepatan 92%. Penggantian tap-changer proaktif (setelah 60k operasi) mencegah kegagalan.

​4.3 Reka Bentuk Modular dan Respons Cepat​
Penjual terkemuka menawarkan penyelesaian modular untuk meningkatkan kecekapan:

• Penentuan lokasi kerosakan melalui unit impedans bina-dalam (<10min).
• Gudang bahagian gantian regional (90% disampaikan dalam 24 jam).
• Reka bentuk plug-and-play (<4 jam penggantian berbanding 3 hari konvensional).
• Bantuan jarak jauh dengan bantuan AR.
  Ekonomi: Sistem modular mengurangkan kos pembaikan sebanyak 45% dan kerugian penghasilan sebanyak 38%, ideal untuk PV tersebar.

​5 Cadangan Penyelesaian Terpadu​

​5.1 Penyelesaian Stesen Skala Utiliti​

• Inti: Direndam minyak (minyak ester semula jadi).
• Kapasiti: 10-100 MVA.
• Ciri-ciri:
• Lilitan dua bahagian (isolasi gangguan inverter).
• Sirkulasi minyak dipaksa (+40% pendinginan).
• OLTC terintegrasi (±15% julat).
• Kes: Transformator 31500kVA di stesen 500MW di padang pasir mencapai ketersediaan tahunan 99.3%.

​5.2 Penyelesaian Ters