Подбор трансформаторов распределительных сетей для проектов солнечной энергетики и систем накопления энергии

Почему проекты возобновляемой энергетики отличаются

Распределительный трансформатор на заводе или в коммерческом здании большую часть дня работает вблизи своей номинальной мощности. Трансформатор на солнечной электростанции — нет. Выработка нарастает утром, достигает пика около полудня и снижается к вечеру, поэтому значительную долю рабочих часов агрегат проводит значительно ниже номинальной мощности. Цифры, обычно приводимые для фотоэлектрических станций, показывают среднегодовую загрузку ниже половины номинальной мощности.

Системы накопления энергии ведут себя иначе. Система хранения заряжается и разряжается многократно в течение дня, поэтому её трансформатор испытывает больше рабочих циклов и более высокую среднюю загрузку, чем фотоэлектрический агрегат той же мощности.

В обоих случаях вывод для спецификации один и тот же: агрегат находится под напряжением гораздо больше часов, чем работает при полной нагрузке. Потери, накапливающиеся круглосуточно, — это потери холостого хода в сердечнике, а не нагрузочные потери в обмотках.

Начинайте с инвертора или PCS, а не с трансформатора

Низковольтная обмотка должна соответствовать выходу переменного тока инвертора или системы преобразования мощности. Обычно это 0,4 кВ для строковых и среднеразмерных инверторов, при этом 0,69 кВ и 0,8 кВ используются более крупными центральными блоками. Высоковольтная обмотка соответствует коллекторной системе электростанции, которая обычно составляет 10 кВ, 20 кВ или 35 кВ в зависимости от размера электростанции и местной практики.

Две детали часто решаются слишком поздно. Первая — это векторная группа и схема соединения нейтрали: конфигурация заземления трансформатора должна соответствовать проекту заземления установки. Вторая — это то, что происходит при параллельной работе агрегатов. Когда несколько трансформаторов питают один фидер или несколько инверторов питают один трансформатор, импеданс и векторная группа должны совпадать, и это решение на уровне спецификации, а не деталь, которую можно исправить на месте.

За какие потери вы фактически платите

Потери холостого хода присутствуют всякий раз, когда трансформатор находится под напряжением. Потери нагрузки изменяются пропорционально квадрату загрузки. На установке, работающей при низкой средней загрузке, потери холостого хода могут составлять большую долю затрат энергии за весь срок службы — именно поэтому конструкция магнитопровода с меньшими потерями иногда стоит дороже при покупке и дешевле за весь срок реализации проекта.

Многие тендеры учитывают это через капитализированную оценку потерь: денежное значение за ватт применяется к каждой величине потерь и добавляется к закупочной цене до сравнения предложений. Если в вашем тендере не используются капитализированные потери, учтите, что самая низкая закупочная цена не обязательно означает самые низкие общие затраты.

Условия, влияющие на конструкцию

Температура окружающей среды. В IEC 60076-1 нормальные условия эксплуатации определяются как максимальная температура окружающей среды 40°C при среднесуточной 30°C и среднегодовой 20°C. Для площадок, где эти значения превышаются, требуется либо снижение номинальных характеристик агрегата, либо заказ на более высокий класс температуры окружающей среды.

Высота над уровнем моря. Нормальные условия эксплуатации указаны до 1000 м. Выше этого значения электрическая прочность изоляции воздуха снижается, а охлаждение становится менее эффективным, поэтому как уровни изоляции, так и превышение температуры нуждаются в корректировке.

Гармоники. Выходной сигнал инвертора и PCS содержит гармонические составляющие, на которые обычный распределительный трансформатор не рассчитан. Дополнительные потери от гармоник повышают температуру обмоток и могут потребовать снижения номинальной мощности. Если в паспорте вашего инвертора указан коэффициент искажения тока, сообщите его поставщику трансформатора на этапе запроса.

Условия на площадке. Пустынные площадки с высокой инсоляцией сочетают высокую температуру окружающей среды с солнечным нагревом. Для контейнерных или внутренних сухих установок необходимо спланировать путь воздушного потока до того, как будет определена спецификация агрегата. Для прибрежных проектов класс коррозионной стойкости бака и арматуры должен быть определён на раннем этапе, поскольку это влияет как на срок поставки, так и на цену.

Что необходимо подтвердить перед заказом

· Номинальная мощность и соотношение низкого / высокого напряжения

· Диапазон регулирования, обычно ±2 × 2,5%

· Группа соединений и схема нейтрали

· Полное сопротивление и возможность параллельной работы агрегатов

· Показатели потерь холостого хода и нагрузки, а также применённая поправка на температуру окружающей среды / высоту над уровнем моря

· Для сухого типа: класс охлаждения (AN или AF) и номинальная мощность при принудительном охлаждении

· Объём испытаний и необходимость независимой инспекции третьей стороной

· Требуемый уровень энергоэффективности на целевом рынке, если он регулируется

Что касается последнего пункта: если проект реализуется в Европейском союзе, соответствия только стандарту IEC 60076 недостаточно. Регламент Комиссии (ЕС) 2019/1783 устанавливает максимальные уровни потерь для малых, средних и крупных силовых трансформаторов, размещаемых на рынке ЕС, а серия EN 60076 выступает в качестве гармонизированных стандартов. Требуемый уровень потерь следует указывать в спецификации с самого начала, поскольку он влияет на конструкцию активной части, а не на отделку.