Интегрирано решение за еднофазни разпределителни трансформатори в сценарии на възобновяема енергия: техническа иновация и многогранно приложение

1. Фон и предизвикателства​

Разпределената интеграция на възобновяеми източници на енергия (фотоелементни (PV), вятърна енергия, съхранение на енергия) налага нови изисквания към разпределителните трансформатори:

• ​Обработка на вариабилността:​​Производството на възобновяема енергия зависи от времето, което изисква трансформаторите да разполагат с висока капацитет за прекомерно зареждане и динамични регулационни способности.
• ​Подтискане на хармоники:​​Електронните устройства за управление на енергия (инвертори, зарядни стойки) въвеждат хармоники, които водят до увеличени загуби и стареене на оборудването.
• ​Многосценарийна прилагаемост:​​Необходимостта да бъде съвместим с различни сценарии като PV за домакинства, зарядни стойки за електромобили и микросетове, подкрепяйки персонализирано напрежение/капацитет.
• ​Изисквания за ефективност:​​Строго глобални стандарти за ефективност (например, EU IE4, Клас 1 Ефективност в Китай) изискват над 40% намаление на загубите при празно зареждане.

2. Дизайн на решението​

​2.1 Дизайн с висока надеждност​

• ​Иновации в материалите:​​
  • Ядро: Аморфен сплав (загуби при празно зареждане ≤ 0.3 kW/1000 kVA) или високопроницаема силиконова стомана за намаляване на загубите от вихрови токове.
  • Омот: Безкислороден меден проводник (чистота ≥ 99.99%) за намаляване на загубите при зареждане.
• ​Технология за изолация:​​Процес на вакуумна притискане импрегнация (VPI), достигащ степен на защита IP65, устойчив на влажност >95% и ниски температури до -40°C.
• ​Оптимизация на конструкцията:​​Овален/окръжен дизайн на ядрото, увеличаващ използването на пространство с 20%, подходящ за компактни инсталации (например, PV на покрив).

​2.2 Интелигентно управление и защита​

• ​Динамично регулиране на напрежението:​​
  • Използва AI алгоритми за прогнозиране на колебанията на зареждането, автоматично коригира позициите на контакти (±10% диапазон на напрежението) за стабилизиране на изходното напрежение.
  • Поддържа дистанционно наблюдение и диагностика на дефекти (например, детекция на частични разряди), с реакционно време <100ms.
• ​Подтискане на хармоники:​​
  • Вградени LC филтри или активна демпфера технология подтискат THD (Total Harmonic Distortion) до <3%.
• ​Защита при прекомерно зареждане:​​
  • Капацитет за краткосрочно прекомерно зареждане 150% продължаващ 2 часа, придържащ до върховете на производството на възобновяема енергия.

2.3 ​Многосценарийни приложими решения​

2.4 ​Ефективност и оптимизация на околната среда​

• ​Дизайн с ниски загуби:​​
  • Загуби при празно зареждане намалени с 40% в сравнение с традиционните силиконови стоманени трансформатори; ефективност при пълно зареждане ≥98.5%.
• ​Екологичен процес:​​
  • Елиминира епоксидна смола/флуориди; използва биоразлагаема изолираща масло (съответства на IEC 61039).
• ​Управление на температурата:​​
  • Принудено охлаждане с въздух + система за контрол на температурата, повишаване на температурата ≤100K, удължаване на живота до 25 години.

3. Резюме на иновациите​

• ​Кооперативно управление с много цели:​​
  Използва стратегия за фузия на Гаусов модел (GMM) за балансиране на стабилността на напрежението с минимизиране на загубите.
• ​Гъвкавост в персонализацията:​​
  Поддържа модулна персонализация на напрежението, капацитет, степен на защита (IP00–IP65) и протоколи за интерфейс.
• ​Адаптираност към възобновяемата енергия:​​

Сценарии с PV: Защита срещу обратен поток и острови.

Сценарии с вятърна енергия: Дизайн против вибрации (амплитуда ≤0.1mm).

4. Приложни случаи​

• ​Китайски проект за разпределено PV:​​
  Разположени 500 единици 20kVA единофазни трансформатори с интегрирано интелигентно регулиране на напрежението. Степента на ограничаване на PV намалена с 12%; периода на възвръщаемост съкратен до 5 години.
• ​Бърза зарядна станция в Калифорния:​​
  Персонализирани 100kVA трансформатори (Вход: 480V AC, Изход: 240V DC). Ефективността на зареждането увеличена с 15%; хармониците подтиснати до 2%.

5. Бъдещи насоки​

• ​Интеграция на полупроводници с широк лентов гап:​​
  Използване на SiC/GaN устройства за увеличаване на честотата на комутиране, намаляване на обема с 30%.
• ​Цифров двойник O&M:​​
  Модели за прогнозиране на жизнения период базирани на IoT за намаляване на разходите по O&M с 25%.
• ​Политически-ориентиран пазар:​​
  Глобалният пазар за трансформатори за възобновяема енергия расте с 15% CAGR, очаква се да надхвърли $10 млрд USD до 2030.