光伏发电用干式变压器设计要点--中国期刊网

字体：大中小

首页> 原创作品> 正文

光伏发电用干式变压器设计要点

发表时间：2021/4/28 来源：《电力设备》2020年第33期作者：莫向松1 张军海2 叶晓锋3 彭丽霞4

[导读] 摘要：在本文研究工作过程中，重点针对光伏发电所使用的干式变压器设计工作进行了相关分析和研究，重点提出光伏逆变器电路构成的特点，直流偏磁所产生的影响以及光伏发电所使用的干式变压器设计工作要点等多方面内容，充分发挥出干式变压器的工作性能和优势，提高光伏发电工作的质量和稳定性，为社会的发展提供出更加充足的电力资源，实现电力供电单位的更高经济效益和社会效益。

        （广州市一变电气设备有限公司广东省广州市 511450）
        摘要：在本文研究工作过程中，重点针对光伏发电所使用的干式变压器设计工作进行了相关分析和研究，重点提出光伏逆变器电路构成的特点，直流偏磁所产生的影响以及光伏发电所使用的干式变压器设计工作要点等多方面内容，充分发挥出干式变压器的工作性能和优势，提高光伏发电工作的质量和稳定性，为社会的发展提供出更加充足的电力资源，实现电力供电单位的更高经济效益和社会效益。
        关键词：光伏发电；干式变压器；设计要点
        现阶段，人类活动对各种能源的消耗量不断加大，不可再生性资源的储存量越来越少，因此人类的发展急需更多可再生性清洁资源来进行供应。光伏发电作为一种清洁性较高，同时可再生性能源，受到了世界上各个国家的广泛关注和重视，并且我国各个地区正在大力发展光伏发电工作，尤其在我国一些光照时间和光照强度相对较高的地区，通过光伏发电所表现出的发电效率和经济效益非常明显。
        1.直流偏磁影响和设计分析
        光伏逆变器设备通常情况下使用的是PWM逆变电路结构，逆变输出为PWM脉冲波。从理论角度上进行分析不存在直流分量，但是在实际运行工作当中波形，通常情况下属于不对称式结构形式，产生这一问题的主要原因分为以下几个方面：首先，逆变器设备当中个桥臂阀体结构在工作过程中的导通饱和量和压降参数会存在一定的差异性，在断开工作条件下的储存时间间隔有所不同，同时在整个输出电压波形的正负幅值方面也存在一定的差异。第二，控制电路输出的驱动脉冲在工作过程中，脉冲的正负半轴经常会出现不对称性问题。第三，控制系统在动态调节工作当中，调制波很容易产生正负半轴面积误差，会造成输电电压产生严重的不平衡性问题，因此造成逆变器在输出端电路当中会产生直流偏磁现象，造成变压器在系统工作过程中所输入和输出的电压参数值经常会出现误差，所形成的直流分量问题无法完全避免。直流偏磁问题存在的条件下，会造成变压器铁芯内部正负半轴的磁通量大小有所不同，同时磁通密度也会出现实时性变化[1]。如果在原设计系统当中最大的磁通密度增大，所对应的粒子电流和工作过程中的噪音问题也会随之上涨，降低系统的整体工作效率，如果直流偏磁量过大甚至还会造成铁芯饱和以及励磁电流产生畸变等现象，因此在光伏逆变系统当中必须要充分考虑到直流偏磁对变压器升压变压所产生的工作干扰。通过相关工作人员到仿真模拟分析之后，可以得出无直流偏磁和含有0.5%的直流偏磁以及还有1%的直流偏磁工作条件下，干式变压器的励磁电流大小处于波动性变化工作状态，因此随着直流偏磁量的不断增加，变压器的励磁电流大小也会进一步增加，因此需要从变压器的设计工作角度上，需要有效控制励磁电流的大小。与此同时，因为升压变压器在工作过程中，所产生的直流分量过滤效果，直流分量并不会直接输送到电网当中，可以有效提高整个光伏发电工作的稳定性。
        2.光伏逆变电路工作分析
        光伏电站系统的整体功能情况如图1所示：

        图1 光伏电站系统结构构成
        在光伏电站系统构成当中，并网逆变器是太阳能电站当中非常重要的构成部件，通过电力电子元件设备可以将光伏电池阵列所生成的直流电直接转化成交流电，并且通过滤波系统处理之后，将其直接输送到干式升压变压器设备当中。现阶段，在光伏发电工作过程中，所使用的是不带隔离变压器逆变结构形式，由于这种变压器结构构成设计成本相对较低，但是因为不存在电气隔离特性，造成各逆变器的输出端端子相互之间无法进行衔接，同时在谐波含量与直流偏磁上都相对较高。因为，滤波系统在工作过程中存在的局限性，不管使用哪种变压器结构设计形式，都会产生不同程度的电压谐波。通常情况下，根据光伏逆变器在工作当中所提供出的相关信息资料，所生成的电压谐波含量通常情况下不能超过3%，因为谐波问题的存在，升压变压器在设计工作过程中需要对其进行重点考虑[2]。
        3.光伏发电干式变压器设计工作要点
        在充分了解光伏发电系统的构成特性之后，在进行光伏发电干式变压器的设计工作中，需要对以下几个方面问题加以重视：
        第一，温升设计。在针对干式变压器的设计工作当中，通常情况下变压器会安装在户外的逆变器当中，整个通风工作环境相对比较恶劣，日照强烈条件下正是干式变压器环境温度上升的最快时间，而变压器的输出功率此时也处于最大的工作状态，此时变压器的温度上升达到最大。但是在夜间环境下，变压器设备基本处于一种空载工作状态，同时外部的环境温度相对较低，此时变压器设备的温度相对较低，可以有效起到老化问题的补偿工作效果。因此，在变压器温升设计工作当中，必须要有效考虑到变压器的实际工作负载情况，以及工作过程中环境温度的波动情况，变压器设备上的最高温度不能超过绝缘材料和绝缘结构的磁密度允许值大小[3]。
        第二，磁密度选择在充分考虑到电压斜坡和直流偏磁问题所产生的影响，在光伏发电过程中所使用的干式变压器，在设计工作中的磁密度大小，相比于常规的干式变压器产品需要略低于5%左右，以此来有效保证变压器设备的工作安全性和稳定性，同时有效控制变压器设备在工作过程中所产生的噪音。
        第三，干式变压器附加损耗值计算。附加损耗值的计算工作，需要根据变压器的输出端逆变电流大小以及所对应的谐波含量大小来进行计算和分析，同时通过使用计算工作所得到的附加损耗量，直接用于变压器产品的温升计算当中。
        4.光伏发电双分裂干式变压器运行工作情况分析
        针对带隔离的变压器逆变器工作系统来讲，由于在工作过程中使用的是双绕组干式变压器设备，因此在整个运行工作情况上并没有过多的特殊之处。但是针对双分裂光伏所使用的干式变压器在两台逆变器设备当中，各连接一台轴向双分裂变压器设备。在运行工作过程中和常规的单轴向双分裂干式变压器设备，主要的工作差异性表现在输入侧的分裂、输出侧作为高压线圈分裂主要是以并联的方式进行工作，在原则方面需要有效考虑到每台逆变器设备所接入的太阳能电池矩阵，并且在数量方面需要保持相同，同时处于同一时刻、同一电站当中，太阳能电池板所经受的光伏照射需要保持相同。因此双分裂干式变压器设备在工作中的输入侧两组电压大小和电流大小基本保持相同，但是在实际运行工作当中因为受到变压器实际工作环境以及逆变器故障问题所产生的影响，变压器的输入侧上下会存在不对称性问题，甚至会产生半穿月试运行工作情况，逆变器对于输出电压的控制工作相对比较严格。当逆变器工作电压出现较大偏差问题时，交流短路器会直接切断该逆变器设备当接通，在双分裂干式变压器的两台逆变器，输出电流存在不对等的情况下，此时变压器设备的输出端上下两侧分列线圈，内部的电流分配也会存在一定的差异性[4]。由此可以看出，干式变压器设备在工作过程中如果存在两台逆变器，输出电流和电压产生严重不对称问题时，双分列干式变压器设备的线圈当中横向漏磁场会明显上升，会进一步造成导体附加损耗率加大，温度会进一步提升，这也是干式变压器设备在工作过程中无法完全避免的问题之一。
        5.结语：
        综上所述，在光伏发电工作过程中，通过使用升压变压器设备，将光伏逆变器在工作当中所生成的低压交流电进行并网，并且充分考虑到光伏变电站的运行安全性和可靠性，在增压变压器设备的选择工作方面，通常情况下选用的是干式变压器设备，因为前端逆变器电路系统当中，存在一定量的电压谐波与电流直流分量，因此在光伏发电工作中，所使用的干式升压变压器设备在设计工作中必须要进行充分重视，以此来保证干式变压器设计工作的科学性，保证变压器工作的稳定性。
        参考文献：
        [1]张志立,张兴旺.光伏逆变用非晶合金铁心升压变压器工艺与分析[J].电工电气,2018(09):60-62+69.
        [2]叶林,屈晓旭,么艳香.风光水多能互补发电系统日内时间尺度运行特性分析[J].电力系统自动化,2018,42(04):158-164.
        [3]盛万兴,季宇,吴鸣.基于改进模糊C均值聚类算法的区域集中式光伏发电系统动态分群建模[J].电网技术,2017,41(10):3284-3291.
        [4]王洪坤,葛磊蛟.分布式光伏发电的特性分析与预测方法综述[J].电力建设,2017,38(07):1-9.
        第一作者简介：莫向松（1966－），男，广东广州人，广州市一变电气设备有限公司技术总监、工程师，主要从事电力变压器、新能源变压器、节能变压器技术研究工作。