Norint prijungti komunalinio masto fotovoltinę elektrinę prie vidutinės įtampos tinklo, reikia daug daugiau nei 600 V arba 800 V keitiklio išėjimus padidinti iki 34,5 kV. Saulės inverteriai generuoja aukšto dažnio impulsų pločio moduliavimo (PWM) harmonikas, į transformatoriaus apvijas įleidžia nuolatinės srovės (DC) poslinkį ir didžiausios dienos apšvitos metu magnetinėms šerdims patiria didelį ciklinį šiluminį įtampą. Nurodant tvirtąsaulės energijos ūkio pakopinis transformatoriusreikalauja, kad elektros inžinieriai ir EPC rangovai įvertintų kelių apvijų konfigūracijas, harmoninių sūkurių nuostolius, elektrostatinį ekranavimą ir terminio senėjimo dinamiką prieš pateikdami pateiktus brėžinius.
Šiuolaikinio saulės keitiklio sujungimo inžineriniai iššūkiai
Skirtingai nuo įprastų paskirstymo tinklų, kuriuose apkrovos srovės vyrauja sinusinės formos, centriniai ir styginiai saulės keitikliai sukuria ne sinusoidines išėjimo bangas, kuriose gausu aukšto dažnio harmonikų. Šiuolaikiniai tinkle esantys keitikliai naudoja izoliuotų vartų bipolinių tranzistorių (IGBT) tiltelius, perjungiančius nuo 2 kHz iki 10 kHz. Nors išėjimo žemųjų dažnių filtrai susilpnina didžiąją dalį perjungimo nešlio dažnio, didelės harmoninės srovės (apimanti 5, 7, 11 ir 13 eiles iki 49 eilės) prasiskverbia į žemos įtampos transformatoriaus apvijas.
Šios harmoninės srovės ne tik padidina bazinius vario I²R ominius nuostolius. Aukšto dažnio komponentai sukuria netolygų srovės pasiskirstymą per laidininko skerspjūvį per odos ir artumo efektus. Pagal IEEE C57.110, apvijų sūkurinės srovės nuostoliai (P_EC) didėja proporcingai harmoninio dažnio kvadratui (h²), o kiti kintamos apkrovos nuostoliai (P_OSL) šerdies suspaudimo plokštėse, skersiniuose strypuose ir konstrukcinio rezervuaro plieno sparčiai didėja. Jei šie vietiniai nuostoliai nesumažinami, jie sukuria intensyvius karštus taškus, kurie pagreitina celiuliozės izoliacijos irimą.
Be to, dėl asimetrinio keitiklio perjungimo arba tinklo gedimų į transformatoriaus antrines apvijas gali patekti mažų nuolatinės srovės komponentų. Netgi 0,1–0,5 % vardinės srovės nuolatinės srovės poslinkis gali perkelti į grūdėtumą orientuoto silicio plieno šerdies BH įmagnetinimo kreivės magnetinį veikimo tašką. Šis išankstinis nuolatinės srovės įmagnetinimas stumia šerdį į pusės ciklo prisotinimą, sukeldamas asimetrines įmagnetinimo įjungimo sroves, padidindamas tuščiosios eigos nuostolius iki 20%, padidindamas akustinį triukšmą 8–12 dB(A) ir generuodamas kintamą magnetinį srautą, kuris perkaista konstrukcinių bako komponentų.
Padalinta antrinė ir dviguba apvija: tinkamos transformatoriaus architektūros pasirinkimas
Šiuolaikiniuose kelių megavatų PV blokuose (paprastai nuo 2,5 MVA iki 4,16 MVA vienam slydimui) projektų kūrėjai turi pasirinkti naudoti atskirus dviejų apvijų transformatorius arba integruoti vieną trijų apvijų padalintą antrinį transformatorių. Padalinta antrinė konstrukcija turi dvi elektra izoliuotas žemos įtampos (LV) apvijas (LV1 ir LV2), sujungtas su bendra aukštos įtampos (HV) apvija toje pačioje magnetinės šerdies dalyje.
Vertinant asaulės inverterio transformatorius, suskaidyta antrinė topologija leidžia žymiai sutaupyti gamyklos balanso (BOP) sąnaudas ir pėdsaką, nes du atskiri centriniai inverteriai gali prisijungti prie vieno pakopinio bloko be cirkuliuojančių kryžminių srovių. Tačiau būtina išlaikyti griežtą impedanso simetriją: varža tarp HV-LV1 ir HV-LV2 turi atitikti griežtą 2,0 % leistiną nuokrypį, kad būtų užtikrintas vienodas apkrovos pasidalijimas abiejose keitiklio pakopose.
Kitas svarbus parametras yra kryžminė varža tarp LV1 ir LV2 (Z_LV1-LV2). Nurodant didelę kryžminę varžą, paprastai didesnę nei 12% iki 15%, efektyviai atsiejamos dvi keitiklio grandinės. Šis atjungimas užkerta kelią harmoniniam rezonansui tarp keitiklių ir riboja gedimo srovės įnašą iš vienos sveikos keitiklio pakopos į gretimą pažeistą žemos įtampos šaką.
Žemiau pateikiamas techninis standartinių dviejų apvijų konfigūracijų palyginimas su padalintomis antrinėmis trijų apvijų architektūromis, skirtomis komunalinių saulės PV generavimo slydimams:
| Dizaino parametras | Standartinis dviejų apvijų blokas | Padalintas antrinis trijų apvijų blokas |
|---|---|---|
| Inverterio integracija | Jungiamas prie vieno centrinio keitiklio | Sujungia du nepriklausomus keitiklius (pvz., 2x 1,5 MW) |
| Gamyklos išlaidų balansas (BOP). | Aukštesnis (reikia dviejų transformatorių ir trinkelių) | Žemesnis (suvienija pėdsaką, pamatą ir kabelius) |
| LV–LV kryžminė mova | N/A (atskiri vienetai) | High cross-impedance (>12%) neleidžia keitiklio sąveikai |
| Harmoninis terminis stresas | Paskirstytas tam skirtuose rezervuaruose | Reikia atsietų aušinimo kanalų ir elektrostatinio ekranavimo |
| Varžos balanso reikalavimas | Standartinis ±7,5% gamyklos paklaida | Griežta HV-LV1 ir HV-LV2 simetrija ±2,0 % ribose |
| Inverterio trumpojo jungimo lygis | Didesnis gedimo srovės įnašas | Padalinta varža riboja gedimo srovę keitiklio kintamosios srovės gnybtuose |
Inverterio harmonikų mažinimas naudojant K faktorių ir elektrostatinį ekranavimą
Siekiant išvengti priešlaikinio izoliacijos gedimo, suprojektuotassaulės energijos ūkio pakopinis transformatoriusturi apimti konkrečias projektavimo priemones, pritaikytas harmoninėms apkrovoms. Apskaičiuojant atitinkamą K koeficiento įvertinimą (paprastai nuo K-4 iki K-9 centriniams keitikliams) užtikrinama, kad magnetinė šerdis ir apvijų laidininkai atlaikytų papildomą sūkurinį kaitinimą pagalIEEE C57.12.00 standarto reikalavimai. K-4 įvertinimas reiškia, kad transformatorius gali apdoroti keturis kartus didesnius sūkurinės srovės nuostolius nei standartinis tiesinis sinusinis transformatorius, neviršydamas vardinės temperatūros kilimo ribų.
Svarbi aparatinės įrangos apsauga nuo aukšto dažnio keitiklio triukšmo yra elektrostatinio ekrano integravimas. Ištisinio 0,1 mm įžeminto vario ekrano įdėjimas tarp aukštos ir žemos įtampos apvijų užtikrina efektyvų talpinį atjungimą. Šis skydas nukreipia aukšto dažnio bendrojo režimo PWM įtampos šuolius (dV/dt dažnis dažnai viršija 1000 V/µs) tiesiai į stoties žemę, kol jie gali įtempti vidutinės įtampos tinklo apvijų tarpusavio posūkių izoliaciją.
Kai išbandome saulės energijos ūkio pakopinius transformatorius savo bandymų zonoje, pirmas dalykas, kurį mūsų inžinieriai patikrina pagal imituojamą nesinusoidinę keitiklio apkrovą, yra apvijų karštojo taško temperatūros kilimas ir harmoninių sūkurinių srovių nuostolių pasiskirstymas per padalintas žemos įtampos rites. Patikrinimas, kad apvijos karštosios vietos neviršija projektinių ribų, mažesnių nei 120 % ciklinio didžiausio saulės spinduliavimo, apsaugo nuo terminio senėjimo per 25–30 metų projekto gyvavimo ciklą.
Efektyvumo atitiktis ir dielektrinių skysčių pasirinkimas
Šiaurės Amerikos jurisdikcijose komunalinio masto skystieji transformatoriai turi atitikti griežtus efektyvumo reikalavimus pagalDOE 10 CFR Part 431 efektyvumo taisyklės. Norint pasiekti reikalavimus atitinkančius tuščiosios eigos ir visos apkrovos nuostolius valdant dideles harmonines sroves, reikia lazeriu apdorotų didelio pralaidumo granuliuoto silicio plieno šerdies su laipsniškomis sferinėmis jungtimis ir optimizuotu srauto tankiu, veikiančiu žemiau 1,65 teslos.
Dielektrinių skysčių pasirinkimas atlieka ne mažiau svarbų vaidmenį saulės energijos įrenginiuose. Nors standartinė mineralinė alyva užtikrina patikimą dielektrinę izoliaciją, aukštos temperatūros natūralūs esterio skysčiai (pvz., FR3) užtikrina aukštesnę nei 300 laipsnių ugnies temperatūrą ir puikią aplinkos apsaugą ant žemės įrengtuose saulės energijos laukuose, esančiuose šalia žemės ūkio paskirties žemių ar jautrių vandens telkinių. Natūralūs esterio skysčiai taip pat sugeria drėgmę, kurią išskiria celiuliozės izoliacija, išsaugodami popieriaus atsparumą tempimui ir pailgindami tarnavimo laiką esant ekstremalioms aplinkos temperatūroms.
Kadangi saulės transformatoriai veikia cikliškai apkrova nuo nulio saulėtekio metu iki pilno pajėgumo saulės vidurdienį ir ištveria aukštą aplinkos šilumą, nurodant 65 laipsnių vidutinį apvijos kilimą / 80 laipsnių karštojo taško kilimą ir kartu su aukštos temperatūros termiškai patobulintu kraftpopieriumi (TUK), užtikrina tvirtą šiluminę apsaugą nuo priešlaikinio izoliacijos senėjimo.
Ryan Electric: tiksli gamyba komunalinių paslaugų masto saulės energijos projektams
Kaip patyręstrinkelėmis montuojamų transformatorių gamintojasir oficialus „Eaton“ bendros įmonės partneris nuo 2023 m. Ryan Electric gamina komunalinio masto saulės transformatorius mūsų 120 000 m² modernioje gamybos bazėje. Su pažangiomis automatizuotomis folijos vyniojimo mašinomis, vakuuminėmis džiovinimo kameromis ir išsamiomis bandymų laboratorijomis pristatome pritaikytus patobulintus sprendimus, sertifikuotus pagal UL, CSA, IEEE, DEKRA ir CE standartus.
Nesvarbu, ar jūsų projektui reikia 2500 kVA ant trinkelių montuojamo slydimo, ar 5000 kVATrifazis transformatorius pagal užsakymąSukurta su dvigubomis 800 V žemos įtampos apvijomis, elektrostatiniu vario ekranavimu ir integruotu FR3 natūralaus esterio skysčiu, mūsų inžinierių komanda optimizuoja šerdies geometriją ir varžos profilius, kad maksimaliai padidintų saulės energijos ūkio metinį energijos išeigą (AEY).
Pagrindinių saulės energijos transformatorių pirkimo specifikacijų kontrolinis sąrašas
Prieš užbaigdami įrangos grafiką, įsitikinkite, kad techninėse pirkimo specifikacijose atsižvelgiama į šiuos esminius parametrus:
1. Vardinės galios ir įtampos profilis: nurodykite bazinę kVA vardinę vertę (pvz., 2500 kVA / 34,5 kV GrdY iki 2x 800 V Delta/Wye) su maksimaliais saulės energijos keitiklio kintamosios srovės gnybtų įtampos svyravimais (±10 %).
2. Harmoninis spektras ir K faktorius: pagal keitiklio gamintojo duomenų lapus apibrėžkite bendrą harmoninį iškraipymą (THD < 5 %) ir reikalingą K koeficiento įvertinimą (mažiausiai K-4).
3. Nuolatinės srovės poslinkio atsparumas: privalomas nuolatinės nuolatinės srovės komponento atsparumas mažiausiai 0,5 % vardinei srovei be šerdies prisotinimo ar girdimų triukšmo šuolių.
4. Elektrostatinis ekranavimas: norint užtikrinti aukšto dažnio PWM apsaugą nuo viršįtampių, tarp HV ir LV ritių reikalingas įžemintas varinis Faradėjaus ekranas.
5. Korpusas ir saugumas: jei įrenginys montuojamas ant padėklo, patikrinkite, ar korpuso konstrukcija atitinka IEEE C57.12.28 korpuso vientisumo reikalavimus.
Investuoti į tinkamai suprojektuotąsaulės energijos ūkio pakopinis transformatoriusapsaugo kelių milijonų dolerių vertės keitiklio turtą, pašalina netikėtus šilumos apribojimus ir garantuoja patikimą tinklo atitiktį per visą atsinaujinančios energijos išteklių naudojimo laikotarpį.
Apie Autorius
Davidas Chenas yra vyriausiasis Ryan Electric aukštos įtampos sistemų inžinierius, turintis daugiau nei 16 metų patirtį vidutinės įtampos elektros paskirstymo ir atsinaujinančios energijos tinklų sujungimo srityje. Specializuodamasi IEEE/UL/CSA sertifikuotų skysčių pripildytų ir sauso tipo transformatorių inžinerijoje, jis prižiūrėjo daugiau nei 3,5 GW saulės, BESS ir duomenų centrų tobulinimo sistemų projektavimą ir paleidimą visame pasaulyje.
