Фотогальванические трансформаторные решения: обеспечение высокой эффективности и стабильной работы солнечных электростанций за счет технологических инноваций

Решения для трансформаторов в фотоэлектрических системах: обеспечение высокой эффективности и стабильной работы солнечных электростанций за счет технологических инноваций

В области фотоэлектрической (PV) генерации электроэнергии трансформаторы играют ключевую роль в преобразовании и передаче энергии. Их технические характеристики напрямую влияют на эффективность выработки электроэнергии, стабильность работы и экономическую отдачу всей электростанции. В данной статье рассматриваются технические характеристики, представляя передовое решение для специализированных PV-трансформаторов, предназначенное для помощи клиентам в максимизации стоимости электростанции.

​Технические вызовы и анализ потребностей​
При использовании обычных промышленных трансформаторов в PV-сценариях возникают уникальные вызовы:

1. ​Особые характеристики нагрузки: Значительные колебания мощности, вызванные циклами дня и ночи, а также изменениями погоды, приводят к длительной работе при низких уровнях нагрузки (особенно утром и вечером, а также в пасмурные и дождливые дни). Традиционные трансформаторы демонсттрируют низкую эффективность при легких нагрузках, с заметными потерями при холостом ходе.
2. ​Проблемы качества электроэнергии: Выходные токи инверторов содержат высокие гармонические составляющие (например, 5-го, 7-го, 11-го, 13-го порядков), что увеличивает потери, температурный подъем и шум трансформатора, а также ускоряет старение изоляции.
3. ​Жесткие условия эксплуатации: Установки на открытом воздухе сталкиваются с экстремальными температурами, песчаными бурями, солевым туманом и высокой влажностью, требуя превосходного теплоотвода, защиты и изоляции.
4. ​Высокие требования к стабильности: Стандарты сетей для интеграции PV (например, колебания напряжения, гармоники) становятся все более строгими. Трансформаторы должны обеспечивать надежную перегрузочную и импульсную устойчивость для гарантии безопасности сети.
5. ​Стремление к высокой экономической эффективности: Владельцы электростанций очень чувствительны к LCOE (уровню затрат на единицу энергии), требуя трансформаторов с исключительной операционной эффективностью (особенно в типичных диапазонах нагрузки) и сверхнизкими потерями.

​Основные технические особенности передовых решений для PV-трансформаторов​
Для решения этих проблем наше решение включает следующие оптимизированные основные технические характеристики:

1. ​Сверхвысокая эффективность и сверхнизкие потери​
   o Низкие потери при холостом ходе (P₀): Использование высококачественной высокоэффективной кремниевой стали или ядер из аморфного сплава (высокая плотность магнитного потока, сверхнизкие потери ядра) в сочетании с продвинутым магнитным контуром.
   o Низкие потери при нагрузке (Pₖ): Применение медных обмоток без кислорода с высокой проводимостью и оптимизированной структурой для снижения потерь от вихревых токов; точное управление балансом ампер-витков минимизирует рассеянные потери.
   o Широкий диапазон высокой эффективности: Оптимизация для диапазона нагрузок 20%–70% (типичный диапазон PV), обеспечивающая длительную работу в зонах максимальной эффективности.
   Типичная производительность (пример 1000 кВА): сокращение P₀ на 25–40%, сокращение Pₖ на 5–10% по сравнению с традиционными масляными/стандартными сухими трансформаторами.
2. ​Превосходная обработка гармоник и устойчивость к импульсам​
   o Гармонически устойчивый дизайн: Усиленный дизайн и резервирование производства:
   ▪ Снижение плотности тока в обмотках для уменьшения нагрева от гармоник.
   ▪ Усиленная система изоляции для повышения теплового и электрического запаса прочности.
   ▪ Улучшенная технология ядра для подавления вибрации и шума.
   ▪ (По желанию) K-фактор/K-рейтинг: Разработан для высокогармонических сред (например, K-4, K-13), сертифицирующий терпимость к гармоническим токам и тепловую емкость.
   o Устойчивость к перегрузкам: Оптимизированное тепловое управление (например, воздушные каналы, расположение ребер/труб) с изоляцией класса H (≥180°C), выдерживающей 1,5× номинальную нагрузку в течение 2 часов и 1,3× непрерывную нагрузку.
3. ​Наивысшая адаптивность к окружающей среде и высокая защита​
   o Полностью герметичная и IP55/IP65 защита: Сопротивление песку, дождю, снегу, солевому туману и влажности. Критические компоненты выполнены из нержавеющей стали для защиты от коррозии.
   o Устойчивость к высоким температурам: Продвинутые системы охлаждения (эффективные радиаторы, специальные каналы) с материалами изоляции высокой температуры (класс H/C) обеспечивают стабильную работу при экстремальных температурах (-40°C до +50°C), предлагая значительно меньшее снижение мощности по сравнению со стандартными трансформаторами.
   o Экологически чистая охлаждающая среда (сухого типа): Использует биоразлагаемую эпоксидную смолу/изоляционный лак/охлаждающую жидкость (например, натуральные эфиры) с высокой температурой вспышки, самозатухающими свойствами и отличными тепловыми и экологическими характеристиками.
4. ​Интеллектуальный мониторинг и обслуживание​
   o Интегрированный мониторинг температуры: Встроенные многоточечные датчики (например, PT100) отслеживают температуру ядра и обмоток в реальном времени; интерфейсы RTU/SCADA обеспечивают мониторинг всей электростанции и удаленную эксплуатацию и обслуживание.
   o Модульный дизайн: Ключевые компоненты позволяют замену на месте, минимизируя время простоев; четкие индикаторы состояния (например, клапаны сброса давления) облегчают обслуживание.
   o (По желанию) Интеллектуальное развитие: Интегрированные продвинутые датчики (вибрация, частичный разряд) поддерживают предиктивное обслуживание и оценку срока службы.

​Предложение ценности для клиента​
Использование высокопроизводительных специализированных PV-трансформаторов обеспечивает:
• ​Больший выход энергии: Сверхнизкие потери P₀/Pₖ и широкий диапазон высокой эффективности увеличивают энергию, подаваемую в сеть, на 1–3%.
• ​Продление срока службы активов: Устойчивость к гармоникам, долговечность в окружающей среде и улучшенная изоляция продлевают срок службы более чем на 25 лет.
• ​Снижение затрат на эксплуатацию и обслуживание: Высокая защита, стабильность и удобство обслуживания минимизируют отказы и затраты на ремонт.
• ​Улучшение соответствия сетевым стандартам: Превосходное качество электроэнергии соответствует строгим сетевым кодексам.
• ​Оптимизация LCOE: Комплексные преимущества в эффективности, сроке службы и эксплуатации и обслуживании снижают удельные затраты на энергию.
• ​Контролируемый риск: Полевая проверка дизайна обеспечивает защиту активов от операционных рисков.

​Кейс-стадии и технические параметры​
Развернуты в глобальных крупномасштабных PV-электростанциях (например, проект в пустыне на 2,2 ГВт на Ближнем Востоке, агривольтаический проект на 500 МВт в Восточном Китае):

• Кейс-стадия на Ближнем Востоке: Трансформаторы с ультранизкими потерями снизили температурный подъем (на 8–10°C ниже, чем у конкурентов) при условиях >50°C и песчаных бурях, сократив LCOE на ~8%.
  • Кейс-стадия в Восточном Китае: Дизайн с рейтингом IP65 предотвратил конденсацию и попадание загрязнений в условиях высокой влажности и сельскохозяйственных условий, достигнув нулевых неплановых отключений за два года.

​Основные технические параметры (пример 3150 кВА, 35 кВ)​​