Подключение фотоэлектрических станций к сети и выбор типоразмера трансформатора

В фотоэлектрических (PV) системах, работающих параллельно с сетью, повышающий трансформатор является одним из ключевых компонентов. Оптимизация выбора трансформатора с целью снижения собственных потерь и повышения КПД имеет важное значение для улучшения общих характеристик системы. В настоящей статье рассматриваются различные аспекты, которые помогут правильно выбрать повышающий трансформатор для PV-системы.

1. Выбор мощности трансформатора

Основа: требуемая мощность трансформатора может быть рассчитана по формуле: Полная мощность = Активная мощность / Коэффициент мощности. Требования к коэффициенту мощности различаются в зависимости от региона, однако, как правило, коэффициент мощности составляет 0,85 для строительных и мелких промышленных нагрузок и 0,9 для крупных промышленных нагрузок. Например, подходящий типоразмер трансформатора для строительной нагрузки 550 кВт рассчитывается как 550 кВт / 0,85 = 647 кВА. Поэтому следует выбрать трансформатор на 630 кВА. Суммарная мощность нагрузки не должна превышать 80 % номинальной мощности трансформатора.

2. Выбор напряжения трансформатора

Напряжение первичной обмотки трансформатора выбирается исходя из линейного напряжения источника питания, а напряжение вторичной обмотки должно соответствовать требованиям электрооборудования. Для низковольтного трехфазного четырехпроводного распределения важно выбрать подходящий уровень напряжения — 10 кВ, 35 кВ или 110 кВ — в зависимости от требований первичной стороны.

3. Выбор числа фаз трансформатора

Число фаз трансформатора (однофазный или трехфазный) выбирается исходя из параметров источника питания и требований нагрузки.

4. Выбор группы соединения обмоток трансформатора

Обмотки трехфазного трансформатора могут соединяться звездой (Y), треугольником (D) или зигзагом (Z). Наиболее распространенной в мире схемой соединения для распределительных трансформаторов является схема Dyn11. Преимущества схемы Dyn11 по сравнению с Yyn0:

1). Подавление гармоник: соединение D эффективно снижает негативное влияние гармоник высших порядков.

2). Циркуляция гармоник: в обмотке, соединенной треугольником (D), циркулируют токи третьей гармоники, создавая уравнивающую магнитную силу, которая компенсирует поток третьей гармоники от обмотки низкого напряжения.

3). Локализация токов гармоник: ЭДС третьей гармоники в обмотке высокого напряжения циркулирует внутри контура, соединенного треугольником, что исключает ее проникновение в общую сеть высокого напряжения.

4). Сниженное сопротивление нулевой последовательности: трансформаторы Dyn11 обладают значительно меньшим сопротивлением нулевой последовательности, чем трансформаторы Yyn0, что облегчает отключение однофазных замыканий на землю в сети низкого напряжения.

5). Работа с токами нейтрали: трансформаторы Dyn11 выдерживают токи в нейтрали, превышающие 75 % фазного тока, что делает их более подходящими для несимметричных нагрузок по сравнению с трансформаторами Yyn0.

6). Работа при потере фазы: если на одной фазе стороны высокого напряжения перегорает предохранитель, оставшиеся две фазы могут продолжать работу у трансформатора Dyn11, чего не происходит в схеме Yyn0.

Таким образом, выбор трансформатора со схемой соединения Dyn11 настоятельно рекомендуется.

5. Потери короткого замыкания, потери холостого хода и напряжение короткого замыкания трансформатора

С учетом особенностей фотоэлектрической генерации, прежде всего работы в дневное время, трансформатор несет потери холостого хода всякий раз, когда подключен к системе, независимо от выработки мощности. Сведение к минимуму потерь короткого замыкания в трансформаторе имеет решающее значение; если трансформатор работает ночью, следует также обеспечивать низкие потери холостого хода.

Эта стратегия выбора гарантирует, что трансформатор будет эффективно работать в составе PV-системы, снижая общие потери системы и улучшая показатели выработки электроэнергии.