Aurinkomikroverkon muuntajasaseman suunnittelu: invertterin lähtöstä verkkoon kytkettävään sähköön

Aurinkomikroverkon toiminta riippuu sen heikoimmasta sähköisestä linkistä. Korotusmuuntajasasema ei yleensä ole näkyvin komponentti, mutta se määrittää, pystyykö aurinkopaneelikenttä toimittamaan vakaita tehoja kytkentäpisteessä – ja sitä, selviääkö järjestelmä eristetyssä toimintatilassa, kun verkkovirta katkeaa.

Keruu- ja korotusjärjestys.

Invertterit tuottavat vaihtojännitettä 480 V:n tai 600 V:n tasolla. Tämän alhaisen jännitetason sähkö on nostettava keskijännitteiseen keräys tasoon – yleensä 13,8 kV:een, 24,9 kV:een tai 34,5 kV:een – ennen kuin se saavuttaa alaaseman tai PCC:n. Jokainen invertterilohko tai -ryhmä syöttää erillistä korotusmuuntajaa, joka on usein pakattu laatikkomaiseen alaasemaan. Tämän järjestyksen oikea suunnittelu tarkoittaa, että muuntaja on käsiteltävä aktiivisena suunnitteluelementtinä, ei passiivisena luettelokohteena.

Koot ja muuntajan valinta.

Yleinen virhe on laskea invertterien nimellisarvot yhteen ja tilata lähin standardikoko (kVA). Teollisuuden käytäntö on mitoittaa muuntaja 10–20 % invertterien vaihtovirta-arvojen summan yläpuolelle, jotta voidaan ottaa huomioon säteilyhuiput ja pilven reunavaikutukset. Öljyssä jäähdytetyissä muuntajissa kuormitusta tulisi pitää 80 %:n tai alempana, jotta eristeen ikääntyminen voidaan hallita päivittäisen lämpötilan vaihtelun alla. Öljyssä jäähdytetyt muuntajat ovat edelleen taloudellisesti kannattavin vaihtoehto suurille maanpäällisille kokonaisuuksille, sillä niillä on alhaisemmat alustavat kustannukset ja parempi lämmönpoisto kuin kuivatyypillisillä muuntajilla. Tärkeintä on, että korkeajännitemuuntajan tehtävä ei ole käänteinen alennusmuuntajan tehtävä: käämien kytkentä, tappiasettelu ja maadoitus on varmistettava vientiehdotukseen nähden, eikä niitä saa olettaa. Siksi aurinkomikroverkon muuntamotasolla vaaditaan muuntajaa, joka on määritelty syklinen ylikuormitustilaan, ei jatkuvaan peruskuormitukseen.

Suojelu ja maadoitus.

IEEE 1547 -standardi vaatii, että jakeluverkkoon liitettävien energialähteiden (DER) korotusmuuntajat säilyttävät maadoitetun konfiguraation EPS-puolella ja että tehokas maadoitus säilyy myös saarellistumistilanteessa. Ylikuormitus- ja maavikavirrelähet (50/51, 50N/51N) koordinoituvat invertterin saarellistumisen estofunktioiden kanssa; muuntajan on kestettävä vikoja riittävän kauan, jotta alapuolinen suojaus pystyy poistamaan virheen ilman turhia katkoksia.

Ulkoasuojus, lämmönhallinta ja tunkeutumissuojaus.

Auringon, pölyn ja lämpötilan vaihtelujen alttiiksi joutuvassa laatikkomuotoisessa sähköasemassa HV- ja LV-osastoihin tarvitaan käytännöllisenä perustasona IP54 -suojaluokka; öljysäiliöt ja tärkeimmät tiivistykset voivat vaatia IP68 -suojaa. Lämmönhallinnalla on yhtä suuri merkitys kuin IP-luokalla: ONAN-jäähdytys optimoiduilla lämmönvaihtimilla, alhaisella tasolla toteutettu ilmanvaihto ja LV-osaston varjostus pitävät huippuöljylämpötilan nousun rajoissa kesän huippukuormituksen aikana. Rannikkoalueilla tai pölyisillä paikoilla IP65-suojaus ja korroosioresistentit pinnoitteet ovat usein perusteltuja.

Tietolehdestä ostotilaukseen.

Luotettava hankintaprosessi alkaa teknisellä eritelmällä, joka määrittelee tarkasti kVA-arvon, jännitesuhteen, impedanssin, vektoriryhmän, säädön vaihteluvälin, häviöt, suojatoiminnot ja kuoren suojaluokan – ei pelkästään yksikköhinnan perusteella. Tarjousten arviointiin tulisi painottaa sekä teknistä noudattamista että kaupallisita ehtoja, ja tehdashyväksyntäkokeet – peruskokeet, lämpötilan nousun varmistus ja suojareleiden kalibrointi – tulisi olla joko läsnäolijoiden todistamia tai dokumentoitua ennen lähettämistä. Tässä vaiheessa toimittaja, jolla on integroitu kyky valmistaa öljyssä jäähdytetyjä muuntajia ja kytkentälaitteita, kuten Zhongmengin S20/S22 korkean hyötysuhteen öljyssä jäähdytettyjä muuntajia ja aurinkosähköön tarkoitettuja pienasemia, lyhentää parametritaulukon ja käyttöön otetun aurinkosähkömikroverkon muuntajasolmun välistä eroa. Korotusasema ei ole tavallinen tuote; se on hallittu rajapinta välillä epäsäännöllisen sähköntuotannon lähteen ja verkon välillä, joka odottaa ennustettavuutta.

Laitteiden kerrokset ja ostoa edeltävä vahvistus.

Portaalan nousuketju jakautuu kolmeen laitteistokerrokseen, ja jokainen kerros on lukittava tekniseen eritelmään ennen tilauslomakkeen laatimista.

Kerros 1 – Tasasuuntaaja ja alajännitepuoli

Tasasuuntaajat tuottavat vaihtojännitettä 480 V tai 600 V, ja jokainen tasasuuntaajaryhmä tai -rykelmä syöttää tällä tasolla pakattua erityistä portaalasemaa.

Kerros 2 – Keskiyhteysjännitteen keruu

Alajännitevirta nostetaan 13,8 kV:een, 24,9 kV:een tai 34,5 kV:een yleensä laatikkomaisten sähköasemien sisällä ennen kuin se saavuttaa sähköaseman tai PCC:n (point of common coupling).

Kerros 3 – Sähköasema ja liitoskohta

Tämä kerros sisältää IEEE 1547 -standardin vaatiman maadoitetun konfiguraation EPS-puolella, 50/51- ja 50N/51N-suojareleet sekä rajapinnan, jossa epäsäännöllinen energialähde on näytettävä ennustettavalta sähköverkolle.

Tarkistuskohta 1 – Nimikilpi ja sähköiset parametrit

kVA-luokitus asetettava 10–20 % yli tasasuuntaajien vaihtojännitearvojen summan, jännitesuhde, impedanssi ja vektoriryhmä.

Tarkistuskohta 2 – Jännitteen säätöalue ja häviöiden takuu

Kosketusalue on vahvistettu vientiehtojen mukaisesti, ei oletettu askelmaisesta kuormituksesta, ja takatut tappiot on ilmoitettu erityisesti teknisessä eritelmässä.

Tarkistusluettelon kohde 3 – Suojatoiminnat ja koordinointi

Ylikuormitus- ja maavikavirtareleet (50/51, 50N/51N) koordinoitu invertterin saarella toimimista estävän suojauksen kanssa; vikasietokyky on riittävän pitkä alapuolella olevien laitteiden vianpoiston varmistamiseksi.

Tarkistusluettelon kohde 4 – Kotelointi, jäähdytys ja testitodisteet

IP54-suojaluokka korkeajännite- ja alhaisjänniteosastoissa perustasolla, IP68 öltankkien ja kriittisten tiivistysten osalta, IP65 rannikkoalueilla tai pölyisillä paikoilla, ONAN-jäähdytys sekä havainnoitut tyypilliset testit, lämpötilan nousun varmistus ja releiden kalibrointi.

Sovellustilanteet ja laitteiden kartoitus.

Huomautus: edellä mainitut vaatimukset ja konfiguraatiot on luettu tämän artikkelin teknisistä kohdista; valmistajan malliviitteet noudattavat artikkelissa mainittuja S20/S22-öljymärkittyjä alustoja.

Usein kysytyt kysymykset.

Miksi muuntajan koko on suurempi kuin invertterien nimellistehtojen summa?

Nimellistehdoista laskeminen yhteen ja lähimmän standardikilovoltiampeerin tilaaminen on yleinen virhe. Teollisuuden käytäntö on mitata muuntaja 10–20 % invertterien vaihtovirtanimittehojen summasta suuremmaksi ottaakseen huomioon auringonpaisteiden huippuarvot ja pilvien reunavaikutukset.

Miksi öljymärkittyjen muuntajien kuormitusta rajoitetaan 80 %:iin?

Erityisesti päivittäisen lämpötilan vaihtelun aiheuttaman eristeen ikääntymisen hallinta. Nostotransformaattorin kuormitustila on syklinen ylikuormitus, ei jatkuva peruskuormitus, joten öljyssä jäähdytetyissä laitteissa kuormitusta tulisi pitää 80 %:n tasolla tai sen alapuolella.

Voiko alennustransformaattoria käyttää yksinkertaisesti kääntämällä se nostotransformaattorina?

Ei. Käämien kytkentä, tappijärjestelmä ja maadoitus on varmistettava vientiehtojen mukaisesti eikä niitä saa olettaa toimivan käännetyssä alennustransformaattorissa.

Mitä maadoitusta ja suojauksia IEEE 1547 -standardi vaatii?

EPS-puolella vaaditaan maadoitettu konfiguraatio, joka säilyy myös saarellistumistilanteessa. Ylikuorma- ja maavirtasuojareleet (50/51, 50N/51N) koordinoituvat invertterin saarellistumisen estotoiminnon kanssa, ja transformaattorin on kestettävä vikoja riittävän kauan, jotta alapuolinen suojaus voi poistaa virheen ilman turhia katkoksia.

Minkä IP-luokituksen ja jäähdytysluokituksen ulkokäyttöön tarkoitettu laatikkotransformaattori tulisi määritellä?

IP54 korkeajännite- ja alhaisjänniteosastoissa käytännöllisenä perustasona, IP68 öltankkien ja kriittisten tiivistysten osalta. ONAN-jäähdytys optimoiduilla radiatoreilla, alhaalla sijaitsevalla ilmanvaihdolla ja varjostuksella alhaisjänniteosastossa pitää huippuöljylämpötilan nousun rajoissa kesän huippukuormituksen aikana; rannikkoalueilla tai pölyisillä paikoilla suositellaan usein IP65-suojauksellisia koteloita korroosiosuojatulla pinnoitteella.