Plánovanie transformátorovej stanice solárneho mikrogridu: od výstupu meniča po sieťovo pripravenú energiu

Životnosť solárnej mikro-siete závisí od jej najslabšieho elektrického člena. Transformačná stanica so zvyšovaním napätia je zvyčajne málo viditeľnou súčasťou, avšak rozhoduje o tom, či fotovoltaické pole dokáže dodávať stabilný výkon v bode pripojenia – a či systém prežije izolovaný prevádzkový režim v prípade výpadku siete.

Postup zhromažďovania a zvyšovania napätia.

Invertory vydávajú striedavý prúd s napätím 480 V alebo 600 V. Toto nízkonapäťové napájanie je potrebné zvýšiť na stredné napätie pre zbieranie – zvyčajne 13,8 kV, 24,9 kV alebo 34,5 kV – pred tým, než sa dostane do rozvodne alebo do bodu pripojenia k sieti (PCC). Každý blok alebo zhluk invertorov napája vyhradený transformátor na zvýšenie napätia, často zabudovaný do rozvodne v tvare krabice. Správne nastavenie tohto postupu znamená, že transformátor sa považuje za aktívny prvok návrhu, nie za pasívnu položku z katalógu.

Rozmerovanie a výber transformátora.

Bežnou chybou je sčítať menovité výkony invertorov a objednať najbližšiu štandardnú veľkosť v kVA. V priemysle sa transformátor dimenzuje o 10–20 % vyššie ako súčet striedavých výkonov invertorov, aby absorboval vrcholy intenzity žiarenia a efekty okrajov oblakov. U olejových transformátorov by sa zaťaženie malo udržiavať na 80 % alebo nižšie, aby sa riadilo starnutie izolácie pri dennom tepelnom cyklovaní. Olejové transformátory zostávajú ekonomickou voľbou pre väčšie pozemné fotovoltaické bloky, keďže majú nižšiu počiatočnú cenu a lepšiu odvod tepla v porovnaní s suchými alternatívami. Dôležité je, že úloha zvyšovania napätia nie je obrátenou úlohou zníženia napätia: zapojenie vinutí, usporiadanie odberových odbočiek a uzemnenie sa musia overiť pre podmienky exportu, nie sa môžu predpokladať. Transformátorová stanica solárneho mikrogridu teda vyžaduje transformátor špecifikovaný pre cyklické preťaženie, nie pre nepretržité základné zaťaženie.

Ochrana a uzemnenie.

IEEE 1547 vyžaduje, aby transformátory pre zvýšenie napätia pre distribuované zdroje energie (DER) udržiavali uzemnenú konfiguráciu na strane EPS a aby účinné uzemnenie pretrvávalo aj v izolovanom režime. Relé pre ochranu proti preťaženiu a zemným poruchám (50/51, 50N/51N) sú koordinované s funkciou proti izolácii invertora; transformátor musí prekonať poruchu dostatočne dlho, aby dolná ochrana mohla poruchu odstrániť bez nežiaducich vypnutí.

Vonkajšia skriňa, tepelný návrh a ochrana proti vniknutiu.

Kompaktná rozvodňa vystavená slnečnému žiareniu, prachu a kolísaniu teplôt potrebuje ako praktický základ stupeň krytia IP54 pre vysokonapäťové aj nízkonapäťové oddelenia; olejové nádrže a kritické tesnenia môžu vyžadovať stupeň krytia IP68. Tepelný návrh má rovnakú dôležitosť ako stupeň krytia: chladenie typu ONAN s optimalizovanými chladičmi, vetranie na nízkej úrovni a zatienenie nízkonapäťového oddelenia udržiavajú nárast teploty oleja v hornej časti v rámci povolených limít počas letných špičiek. Na pobrežných alebo prachových lokalitách sa často odporúčajú skrine so stupňom krytia IP65 a korózne odolnými povlakmi.

Od technického listu po objednávku.

Spoľahlivý proces nákupu začína technickou špecifikáciou, ktorá presne určuje hodnoty kVA, pomer napätia, impedanciu, vektorovú skupinu, rozsah odberových stupňov, straty, funkcie ochrany a stupeň krytia kôša – nie len cenu za jednotku. Pri vyhodnocovaní ponúk by sa mali technické požiadavky a obchodné podmienky posudzovať rovnako vážne, a predovšetkým by sa mali pred odoslaním vykonať alebo zdokumentovať prijímacie skúšky v továrni – bežné skúšky, overenie teplotného stúpania a kalibrácia reléových ochrán. Práve tu dodávateľ s integrovanou schopnosťou výroby olejom chladených transformátorov a rozvádzačov, ako je napríklad vysokoefektívna olejom chladená platforma S20/S22 a fotovoltaické rozvodné stanice spoločnosti Zhongmeng, skracuje medzeru medzi tabuľkou parametrov a uvedením do prevádzky transformátorovej stanice pre solárnu mikro sieť. Stanica na zvýšenie napätia nie je komodita; je to kontrolované rozhranie medzi nepretržitým zdrojom a sieťou, ktorá očakáva predvídateľnosť.

Vrstvy vybavenia a potvrdenie pred nákupom.

Stúpací reťazec sa rozdeľuje na tri vybavené vrstvy a každá vrstva musí byť uzamknutá v technickej špecifikácii pred vydaniem objednávky.

Vrstva 1 – Invertor a nízkonapäťová strana

Invertory vyrábajú striedavý prúd s napätím 480 V alebo 600 V a každý blok alebo zhluk invertorov napája vyhradený stúpací transformátor zabudovaný na tejto úrovni.

Vrstva 2 – Strednonapäťové zberanie

Nízkonapäťový výkon sa zvyšuje na 13,8 kV, 24,9 kV alebo 34,5 kV, zvyčajne vo vnútri skrinkového transformátora, predtým, než dosiahne transformačnú stanici alebo bod pripojenia k sieti (PCC).

Vrstva 3 – Transformačná stanica a bod pripojenia

Táto vrstva obsahuje uzemnenú konfiguráciu na strane EPS požadovanú normou IEEE 1547, relé typu 50/51 a 50N/51N a rozhranie, kde musí prerušovaný zdroj vyzerať pre sieť predvídateľne.

Kontrolný bod 1 – Označenie na typovom štítku a elektrické parametre

hodnota v kVA je nastavená o 10–20 % vyššie ako súčet striedavých výkonov invertorov, pomer napätí, impedancia a vektorová skupina.

Kontrolný bod 2 – Rozsah nastavenia odberového uzla a záruka straty

Rozsah výstupného napätia overený pre podmienky vývozu, nie predpokladaný z krokového zaťaženia, s garantovanými stratami uvedenými v špecifikácii.

Kontrolný zoznam – položka 3: Ochranné funkcie a koordinácia

Relé pre nadprúd a poruchu proti zemi (50/51, 50N/51N) koordinované s anti-islandingovou ochranou invertora, pričom doba prekonania poruchy je dostatočne dlhá na vypnutie nižšie položených zariadení.

Kontrolný zoznam – položka 4: Kryt, chladenie a dôkazy z testov

Stupeň krytia IP54 pre vysokonapäťové a nízkonapäťové oddelenia ako základ, IP68 pre olejové nádrže a kritické tesnenia, IP65 pre pobrežné alebo prachové lokality, chladenie typu ONAN, plus pozorované bežné skúšky, overenie teplotného stúpania a kalibrácia relé.

Aplikačné scenáre a priradenie zariadení.

Poznámka: požiadavky a konfigurácie vyššie boli prevzaté z technických bodov v tomto článku; odkazy na modely dodávateľov zodpovedajú olejovým platformám S20/S22 uvedeným v texte.

Často kladené otázky.

Prečo sa transformátor dimenzuje s výkonom vyšším než je súčet výkonov invertorov?

Sčítanie menovitých výkonov a objednávanie najbližšieho štandardného kVA je bežnou chybou. Odborná prax odporúča dimenzovať transformátor o 10–20 % vyšší ako súčet striedavých výkonov invertorov, aby absorboval vrcholy intenzity žiarenia a efekty okrajov oblakov.

Prečo sa zaťaženie olejového transformátora obmedzuje na 80 %?

Na riadenie starnutia izolácie pri dennom tepelnom cyklovaní. Úloha zvyšovania napätia predstavuje cyklické preťaženie, nie nepretržité základné zaťaženie, preto by zaťaženie mala u jednotiek s olejovým chladením zostať na úrovni 80 % alebo nižšej.

Môže sa transformátor na zníženie napätia jednoducho obrátiť na účely zvýšenia napätia?

Nie. Napájanie vinutí, usporiadanie odberových vývodov a uzemnenie je potrebné overiť pre podmienky vývozu, namiesto toho, aby sa predpokladali na základe obráteného použitia transformátora na zníženie napätia.

Aké požiadavky na uzemnenie a ochranu stanovuje norma IEEE 1547?

Uzemnená konfigurácia na strane EPS, ktorá sa zachováva aj v izolovanom režime. Relé pre nadprúdovú a zemnú poruchu (50/51, 50N/51N) sú koordinované s protiizoláciou invertora a transformátor musí vydržať poruchy dostatočne dlho na to, aby ochrana v nižších stupňoch odstránila poruchu bez nežiaducich vypnutí.

Aké hodnoty stupňa ochrany proti vnikaniu a chladenia by mal vonkajší rozvádzač špecifikovať?

IP54 pre priestorov vysokého a nízkeho napätia ako praktický základ, s IP68 pre olejové nádrže a kritické tesnenia. Chladenie typu ONAN s optimalizovanými chladičmi, vetraním na nízkej úrovni a tieňovaním priestoru nízkeho napätia udržiava nárast teploty oleja v hornej časti v rámci limitov počas letných špičiek; pre pobrežné alebo prachové lokality sa často odporúčajú ochranné kryty s ochranou IP65 a povlakmi odolnými voči korózii.