Integrirano rešenje za enofazne distribucijske transformatorje v scenarijih obnovljive energije: Tehnična inovacija in uporaba v več scenarijih

1. Ozadje in izzivi​

Razpršeno vključevanje virov obnovljive energije (fotovoltaika (PV), veterna energija, shranjevanje energije) postavlja nove zahteve na distribucijske transformatorje:

• ​Obvladovanje negotovosti:​​Izhod obnovljive energije je odvisen od vremenskih razmer, kar zahteva, da transformatorji imajo visoko kapaciteto preobremenitve in zmogljivost dinamičnega reguliranja.
• ​Zmanjševanje harmonskih motenj:​​Elektronska naprava za upravljanje s strujom (inverterji, nabiralne stolpi) uvozijo harmonske motnje, kar poveča izgube in pospeši staranje opreme.
• ​Pristosovanost večim scenarjem:​​Nujno je, da so združljivi z raznimi scenariji, kot so bivalni PV, nabiralni stolpi za električna vozila in mikromreže, ter podpirajo prilagojene napetosti/kapacitete.
• ​Zahteve po učinkovitosti:​​Stroga globalna standardi učinkovitosti (npr. EU IE4, Kitajska Razred 1 Učinkovitosti) zahtevajo zmanjšanje izgub pri brezobremenem delovanju za več kot 40%.

2. Načrt rešitve​

​2.1 Načrt visoke zanesljivosti​

• ​Inovacija materialov:​​
  • Jedro: Amorfnih legir (izgube pri brezobremenem delovanju ≤ 0,3 kW/1000 kVA) ali visokopermeabilne silikatne jeklene blatinice za zmanjšanje izgub zaradi tokov vrtilnice.
  • Viti: Čista bakrena žica (čistota ≥ 99,99%) za zmanjšanje izgub pri obremenjenem delovanju.
• ​Tehnologija izolacije:​​Postopek vakuumne tlakove impregnacije (VPI), dosega stopnjo zaščite IP65, odpornost na vlago >95% in nizke temperature do -40°C.
• ​Optimizacija strukture:​​Ovalna/krožna oblika jedra, izboljšava izkoriščenosti prostora za 20%, primerne za kompaktno nameščanje (npr. fotovoltaika na strehi).

​2.2 Pametno upravljanje in zaščita​

• ​Dinamična regulacija napetosti:​​
  • Uporablja algoritme umetne inteligence za napoved fluktuacij obremenjenosti, samodejno prilagaja položaje členkov (±10% obsega napetosti) za stabilizacijo izhodne napetosti.
  • Podpira oddaljeno spremljanje in diagnozo napak (npr. odkrivanje delnih razboženj), s časom odziva <100ms.
• ​Zmanjševanje harmonskih motenj:​​
  • Vgrajeni LC filtri ali aktivna dušenja tehnologija zmanjšuje THD (Skupno harmonsko deformacijo) na <3%.
• ​Zaščita pred preobremenitvijo:​​
  • 150% kratkoročna kapaciteta preobremenitve, trajanje 2 ur, prilagodljiva na vrhunske izhodi obnovljive energije.

2.3 ​Rešitve za več scenarijev uporabe​

2.4 ​Učinkovitost in okoljska optimizacija​

• ​Načrt z nizkimi izgubami:​​
  • Izgube pri brezobremenem delovanju zmanjšane za 40% v primerjavi s tradicionalnimi silikatnimi jeklenimi transformatorji; Učinkovitost pri polni obremenitvi ≥98,5%.
• ​Okoljsko prijazen postopek:​​
  • Odstranitev epoksidne smole/fluoridov; uporaba biodegradabilnega izolacijskega olja (v skladu s standardom IEC 61039).
• ​Upravljanje toplote:​​
  • Prisilno hlaščenje z zrakom + sistem za nadzor temperature, povečanje temperature ≤100K, podaljšanje življenjske dobe na 25 let.

3. Povzetek inovacij​

• ​Sodelujoče upravljanje z več cilji:​​
  Uporablja strategijo fuzije Gaussove mešane model (GMM) za ravnotežje med stabilnostjo napetosti in zmanjšanjem izgub.
• ​Prilagodljivost prilagoditve:​​
  Podpira modulsko prilagoditev napetosti, kapacitete, stopnje zaščite (IP00–IP65) in protokoli vmesnikov.
• ​Prilagodljivost obnovljive energije:​​

Scenariji PV: Zaščita pred pretokom nazaj in odsečenostjo.

Scenariji vetrene energije: Anti-vibracijsko načrtovanje (amplituda ≤0,1mm).

4. Primeri uporabe​

• ​Kitajska razpršena PV projekta:​​
  Nameščenih 500 enot 20kVA enofaznih transformatorjev s integriranim pametnim reguliranjem napetosti. Zmanjšanje stopnje omejevanja PV za 12%; obdobje vračanja zmanjšano na 5 let.
• ​Hitro nabiralna postaja v Kaliforniji:​​
  Prilagojeno 100kVA transformatorje (Vhod: 480V AC, Izhod: 240V DC). Povečanje učinkovitosti nabiranja za 15%; zmanjšanje harmonskih motenj na 2%.

5. Smeri v prihodnost​

• ​Integracija širokospektrnih polprevodnikov:​​
  Uporaba SiC/GaN naprav za povečanje frekvence preklopa, zmanjšanje volumena za 30%.
• ​Digitalni dvojček O&M:​​
  IoT bazirani modeli za napoved življenjske dobe za zmanjšanje stroškov O&M za 25%.
• ​Trg, ki ga pogon politike:​​
  Globalni trg za transformatorje obnovljive energije raste z 15% CAGR, pričakovano bo presegel 10 milijard USD do leta 2030.