Как да изберете трансформатори за разпределени фотоволтаични електроцентрали?

Съгласуване на мощността на трансформатора с генерираната мощност от разпределени фотоволтаични електроцентрали

Определяне на kVA мощността въз основа на променливотоковия изход на инвертора, надмерната DC мощност и променливостта на инсоляцията

Изборът на трансформатор с правилната мощност започва с анализ на максималната изходна AC мощност, която инверторът може да осигури – например около 100 kW. Повечето проекти предвиждат DC надразмеряване в диапазона от 1,2× до 1,5×, тъй като слънчевите инсталации често изпитват върхове на облъчване, които надхвърлят прогнозираните от стандартните изпитания стойности. Вземете за пример типична конфигурация с DC армировка от 150 kWp, свързана към инвертор с мощност 100 kW. В този случай е разумно да се избере трансформатор с номинална мощност поне 125 kVA, за да се справи със случаите на кратковременно пренапрежение (clipping), когато производството временно надхвърля капацитета. Има няколко технически фактора, които имат значение. Първо, проверете колко дълго инверторът може да издържи претоварване – обикновено това е около 110–120 % от номинала в продължение на до един час. След това вземете предвид местните метеорологични условия: в пустинните райони дневните и нощните промени в облъчването са много по-резки в сравнение с крайбрежните зони, където слънчевата светлина остава по-постоянна през целия ден. Не забравяйте и за деградацията на панелите: те губят приблизително по половин процент ефективност всяка година, което всъщност намалява натоварването върху по-нататъшното оборудване, тъй като хармониците и топлината се натрупват по-бавно с течение на времето.

Термично намаляване на мощността и анализ на коефициента на натоварване за инсталации на покриви

Околна температура на покривите често надвишава 40 °C, което намалява капацитета на трансформаторите с около 15–20 %, ако не се предприемат мерки. Повечето комерсиални фотоволтаични системи и без това работят при коефициент на натоварване под 60 %, така че има възможност за разумно намаляване на мощността, когато се комбинира с ефективни техники за термичен мениджмънт. Принудителното въздушно охлаждане работи добре, както и негоримата изолация, която отговаря на стандарта IEEE C57.96, плюс редовни проверки на температурата по време на експлоатация. Спецификите на обекта също имат голямо значение. Трансформаторите, инсталирани в затворени помещения или зони с лоша вентилация, може да изискват базови номинали, които са до 25 % по-високи в сравнение с тези, поставени навън, където въздушният поток е по-добър. И ASHRAE, и IEEE са публикували насоки за термично моделиране, които подкрепят този подход.

Сухи срещу маслени трансформатори: безопасност, ефективност и пригодност за обекта

Изисквания за пожарна безопасност, вентилация и вътрешна инсталация за градски и търговски покриви

За градските и търговските слънчеви инсталации на покриви сухите трансформатори са станали предпочитаният вариант благодарение на своите негорими конструктивни особености. Те обикновено имат намотки от епоксидна смола, пропити под вакуумно налягане, което ги прави значително по-безопасни в сравнение с традиционните маслени модели. Маслените системи са свързани с цял набор проблеми, като например използването на горим хладител, потенциални течове и необходимостта от специална инфраструктура – например взривобезопасни шахти, допълнителни мерки за съдържание и подходящи вентилационни системи. Сухите трансформатори могат да се монтират директно в самите сгради, в места, където пространството е ограничено и изискванията за безопасност са най-строги – например в шахти за асансьори, паркинги или общи покриви, споделяни от няколко наематели. Градове като Ню Йорк и Токио вече конкретно посочват сухите трансформатори в своите последни противопожарни нормативи при такива инсталации, тъй като те имат способността да се изключат автоматично при възникване на неизправност по време на работа.

Съответствие с изискванията за ефективност (DOE 2016, IEC 60076-20) и последствия за цялостната стойност през жизнения цикъл

Съвременните сухи трансформатори отговарят на ключовите стандарти за ефективност, установени от нормативни актове като DOE 2016 и IEC 60076-20 относно толерантността към хармоници. Някои от най-добрите модели достигат ефективност от около 99,3 % при работа в диапазона на мощност от 500 до 2500 kVA. По-рано маслените трансформатори имаха леко предимство по отношение на ефективността при пълна натовареност. В днешно време обаче сухите трансформатори са по-икономически изгодни на дълга база, особено за фотоволтаични инсталации, разположени на различни места. Тези системи не изискват честото поддръжково обслужване, свързано с анализ на маслото, филтриране или работа с опасни течности, които трябва да се изхвърлят по надлежния начин. През период от около 25 години това позволява на компаниите да спестяват приблизително 20 до дори 30 % от експлоатационните разходи, въпреки че първоначалната им цена обикновено е с около 15 % по-висока. Крайният резултат е по-висок възвращаем капитал и значително по-лесно управление на активите в бъдеще.

Осигуряване на съответствие с мрежата чрез трансформатори, оценени за хармоници

Спазване на граничните стойности за общия хармоничен коефициент (THD) според IEEE 1547-2018 чрез трансформаторни конструкции с коефициент K и трансформатори за намаляване на хармониците

Мощността, генерирана от инверторите в слънчевите системи, създава хармонични изкривявания, които често надхвърлят установения от IEEE 1547-2018 лимит от 5 % за общо хармонично изкривяване (THD) на напрежението в точките на свързване. За решаване на този проблем се използват специални трансформатори, наречени хармонични компенсатори, които прилагат намотки с фазови измествания, за да елиминират основните хармоници, като петия и седмия ред. Междувременно трансформаторите с класификация по K-фактор в диапазона от K4 до K20 са проектирани специално да понасят топлината, предизвикана от хармониците, без да повредят изолационните си слоеве. Това обаче не са обичайните трансформатори. Стандартните модели обикновено остаряват значително по-бързо при работа с нелинейни натоварвания, докато тези специализирани версии поддържат ниска температура и съответствие с нормативите дори при нормална експлоатация на слънчеви системи. Термографски изследвания, извършени в реални инсталации, показват, че тези оптимизирани трансформатори остават приблизително с 15 °C по-хладни от стандартните трансформатори при аналогични изкривени натоварвания. Тази разлика в температурата означава по-дълъг срок на експлоатация на оборудването и по-малко проблеми в точките на свързване при реални условия.

Бъдеще-устойчивост чрез интелигентен мониторинг и предиктивно поддръжка

Интеграция с SCADA, мониторинг на температурата и частични разряди за надеждността на трансформаторите

Когато трансформаторите се свържат с системи за наблюдение и контрол (SCADA), операторите могат да следят в реално време как те функционират, направо от централно разположен контролен пункт, независимо от разпръснатото разположение на слънчевите панелни масиви. Температурни сензори, вградени в различни компоненти като намотки, магнитни сърцевини и – за маслени трансформатори – също в маслените им резервоари, откриват необичайни топлинни модели още дълго преди температурата да достигне опасни стойности. Друг важен инструмент е мониторингът на частични разряди (PD), който улавя високочестотните токови върхове, които сигнализират ранни признаци на проблеми с изолацията – нещо, което редовните проверки често напълно пропускат. Тези комбинирани функции напълно променят подхода към поддръжката, като се преминава от стриктно спазване на графиците за планови проверки към ремонт само при необходимост. Полеви проучвания, проведени от организации като EPRI и NREL, показват, че този подход намалява неочакваните спирания с около 40 процента. Цялото това събиране на данни създава среда, в която компаниите могат по-добре да прогнозират оставащия експлоатационен живот на оборудването, по-ефективно да управляват запасите от резервни части и стратегически да планират инвестициите, превръщайки поддръжката на трансформаторите не просто в реактивна дейност, а в нещо, което постепенно повишава надеждността на цялата система.

ЧЗВ

Какво е значението на преувеличаването на постояннотоковата (DC) мощност в слънчевите инсталации?

Преувеличаването на постояннотоковата (DC) мощност позволява на слънчевите инсталации да понасят върхове на инсоляция, които надвишават прогнозираните от стандартните изпитания, като по този начин осигурява, че трансформаторите могат да поемат временни претоварвания без значителни загуби на ефективност.

По-предимни ли са сухите трансформатори в сравнение с маслените трансформатори за инсталации на покриви?

Да, сухите трансформатори често са по-подходящи за инсталации на покриви поради негоримата си конструкция, безопасността им при вътрешно разположение и съответствие със съвременните норми за пожарна безопасност.

Как могат електрическите мрежи да гарантират съответствие с хармониците, генерирани от слънчеви инсталации?

Електрическите мрежи могат да използват трансформатори за намаляване на хармониците и трансформатори, класифицирани според конкретни K-фактори, за управление на хармониците и поддържане на съответствие с мрежата според стандарти на IEEE.

Каква роля играе интеграцията с SCADA в поддръжката на трансформаторите?

Системите SCADA позволяват мониторинг на работата в реално време, което помага за ранно откриване на потенциални проблеми и по този начин осигурява предиктивно поддръжка и намалява неочакваните спирания.