سایزینگ ترانسفورماتور برای اتصال نیروگاه خورشیدی به شبکه سراسری

ترانسفورماتورهای Step-up برای اتصال نیروگاه‌های فتوولتائیک بزرگ به شبکه برق استفاده می‌شوند و اندازه آنها اغلب تنها با در نظر گرفتن حداکثر توان نیروگاه فتوولتائیک به دست می‌آید. با این حال، اگر یک توان اسمی بیش از حد بزرگ انتخاب شود، تزریق توان غیرقابل پیش بینی به شبکه اصلی وجود دارد که منجر به ناپایداری شبکه می شود. این می تواند منجر به تعطیلی نیروگاه شود، که نیاز به ظرفیت پشتیبان قابل توجهی دارد که توسط سیستم های تولید معمولی ارائه می شود. از طرفی ترانسفورماتور بسیار کوچک موانعی ایجاد می کند و مانع استفاده حداکثری از انرژی خورشیدی می شود.

اگر به معرفی یک سیستم ذخیره انرژی توجه شود، این وضعیت پیچیده تر می شود. در این مقاله، یک تکنیک طراحی برای انتخاب بهینه ترانسفورماتور مرحله ای یا step-up، چه در سیستم‌های PV معمولی و چه در سیستم‌های PV با ذخیره‌سازی انرژی، پیشنهاد شده‌است. این بر اساس ارزیابی هزینه های اولیه و عملیاتی است. علاوه بر این، اثرات ناپایداری شبکه القا شده نیز در نظر گرفته شده است. راه حل های بهینه با توجه به قابلیت های مدیریت انرژی شبکه برای یک نیروگاه فتوولتائیک 2 مگاواتی با در نظر گرفتن کل هزینه عملیاتی تعیین شده است.

معرفی

در حال حاضر، نیروگاه های فتوولتائیک خورشیدی (PV) به سرعت در سراسر کشور در نتیجه سیاست های خاص دولت به دلیل نگرانی در مورد آب و هوای شدید در حال گسترش هستند. همانطور که در شکل یک نشان داده شده است، در یک کارخانه PV سنتی، چندین ماژول PV در رشته های طولانی به هم متصل شده اند و یک اینورتر تبدیل ولتاژ را فراهم می کند. یک مبدل فاز برای افزایش ولتاژ خروجی اینورتر 480 ÷ 690 ولت به 13.8 ÷ 46 کیلو وات سیستم ولتاژ متوسط مورد نیاز است. بنابراین، یک معماری پیچیده‌تر ایجاد شده است که در آن ماژول‌های PV در خطوط یا حتی خطوط فرعی، هر کدام با یک اینورتر اختصاصی، یا مبدل DC/DC اختصاص داده شده‌اند و از طریق یک اینورتر مرکزی به ترانسفورماتور متصل می‌شوند.

فتوولتائیک چگونه کار میکند؟

ترانسفورماتورهای توزیع استاندارد به صورت جداگانه یا موازی برای اتصال ترانسفورماتورها به خط اصلی برق استفاده می شوند. ترانسفورماتور مرحله ای یکی از عناصر مهم سیستم فتوولتائیک است، زیرا فرآیند تمام انرژی تولید شده است. علاوه بر این، نه تنها کارایی و هزینه در اصلی دخیل است، بلکه تأثیر اندازه ترانسفورماتور، چه از طریق میزان برق عرضه شده به دستگاه اصلی و چه به دلیل پایداری شبکه، دخیل است. در واقع، از نظر تئوری امکان انتقال کامل انرژی خورشیدی جذب شده به شبکه در هنگام انتخاب یک نیروگاه PV نزدیک به رتبه ترانسفورماتور ولتاژ بالا وجود دارد، اما در عمل چنین معیارهای طراحی باعث می شود که بار روی ترانسفورماتور، اینورتر و جریان سنگین تر شود. علاوه بر این، یک ترانسفورماتور بزرگ برای مدت طولانی با راندمان پایین کار می کند و در عین حال توان بزرگ غیرقابل پیش بینی را در شبکه تولید می کند.

شکل یک

ترانسفورماتورهای step-up (مرحله ای) برای نیروگاه های PV معمولی

هزینه ترانسفورماتور step-up برای یک نیروگاه PV را می‌توان به صورت مجموع چهار سهم تخمین زد، یعنی:

هزینه اولیه
هزینه انرژی هدر رفته در اثر اضافه بار ترانسفورماتور
هزینه هدر رفت برق ناشی از عملیات ترانسفورماتور
هزینه برق مصرفی به دلیل ناپایداری شبکه

1. هزینه اولیه

اگرچه ترانسفورماتورهای توزیع معمولی به طور گسترده به عنوان ترانسفورماتورهای مرحله ای برای نیروگاه های PV استفاده می شوند، هزینه آنها برای مصرف کنندگان غیرقابل پیش بینی است. در واقع، آنها اغلب واحدهای تولیدی با قیمت های فهرست نشده هستند. با در نظر گرفتن تنها تجارت در ترانسفورماتورهای غیرفعال و نادیده گرفتن مالیات و ارزیابی های بازاریابی، منحنی هزینه شکل 2 را می توان به عنوان یک تابع توان محدود مشاهده کرد.

شکل دوم

2. اتلاف انرژی در اثر اضافه بار ترانسفورماتور

بر اساس میانگین نیمرخ تابش خورشیدی روزانه نشان داده شده در شکل. 3، توان ورودی ترانسفورماتور Pi را می توان به صورت زیر محاسبه کرد:

که در آن: S کل مساحت خالص ماژول های PV، Irr(t) تابش خورشیدی در زمان t و ηPV کارایی کلی پانل های PV و مبدل های قدرت است.

شکل سوم

بسته به توان نامی ترانسفورماتور، بخشی از انرژی جذب شده توسط ماژول های PV نمی تواند به شبکه برق ارسال شود. یک روش احتمالی بر اساس شاخص LPPP (تلفات احتمالی توان تولید شده) برای محاسبه تلفات توان ناشی از اضافه بار ترانسفورماتور دنبال می شود.

3. افت انرژی ناشی از کارایی ترانسفورماتور

توان تلف شده در اثر بی باری و تلفات مس در بازه K را می توان با فرض یک دامنه ثابت ولتاژ خروجی اینورتر با معادله زیر محاسبه کرد:

جایی که: Pv نشان دهنده تلفات بدون بار و Pc نشان دهنده تلفات مس تخمینی است. کل انرژی تلف شده به دلیل از دست دادن توان ترانسفورماتور و هزینه های مربوطه به صورت زیر در نظر گرفته می شود:

4. تلفات انرژی ناشی از ناپایداری شبکه

که در آن Ppk حداکثر توان خروجی نیروگاه است و N کل زمان بر حسب ساعت در سال است که سیستم به دلایل پایداری از شبکه برق قطع می شود.

برای ادامه و مشاهده این مقاله رو این لینک کلیک کنید.

نتیجه گیری

یک رویکرد کلی برای تحقق بهترین انتخاب توان نامی ترانسفورماتورها در نیروگاه های PV با یا بدون سیستم های ذخیره انرژی ارائه شده است. انتخاب صحیح اندازه ترانسفورماتورهای Step-up در نیروگاه فتوولتائیک مستلزم تحلیل عمیق کل سیستم است، زیرا متغیرهای زیادی مربوط به توان مبدل است مانند: هزینه اولیه سیستم، از دست دادن توان ناشی از توان مبدل، ظرفیت سیستم ذخیره سازی و تعداد مورد انتظار خاموشی نیروگاه به دلیل ناپایداری شبکه. رویکرد پیشنهادی بر اساس ارزیابی یک شاخص احتمال LPPP برای برآورد هزینه تلفات انرژی مربوط به اندازه ترانسفورماتور و توان و ظرفیت ذخیره سازی ESS است. علاوه بر این، اتلاف انرژی مربوط به کمبود شبکه نیز در نظر گرفته شده است. راه حل بهینه را می توان با توجه به قابلیت مدیریت توان شبکه با در نظر گرفتن کل هزینه عمر شناسایی کرد.

Rate this post