일반적으로 1MW 이상의 중전압(MV) 그리드에 연결되는 모든 태양광 발전소에는 인버터의 저전압 AC 출력(일반적으로 400V 또는 630V)을 유틸리티의 중전압(6kV ~ 35kV)으로 변환하는 승압 변압기가 필요합니다. 잘못된 변압기 kVA, 벡터 그룹 또는 손실 클래스를 선택하면 플랜트 출력을 제한하는 병목 현상이 발생하거나 비용이 많이 드는 과잉 사양이 발생합니다. 이 가이드에서는 태양광 발전소 엔지니어와 프로젝트 개발자를 위한 변압기 선택 프로세스를 다룹니다.
태양광용 변압기가 다른 이유
태양광 변압기는 산업용 변압기에 비해 고유한 듀티 특성을 가지고 있습니다.
- 가변 로딩: 태양광 변압기는 새벽에 0에서 정오에 최대 부하까지 증가하고 황혼에 다시 0으로 돌아갑니다. 이는 변압기가 25년 이상 처리해야 하는 일일 주기입니다.
- 고조파 내용: 최신 스트링 인버터는 매우 낮은 고조파 왜곡(Sungrow SG-CX 시리즈의 경우 총 고조파 왜곡, THD ≤ 3%)을 생성하지만 높은 DC 전압(1,000-1,500Vdc)은 특정 변압기 절연 설계에 대한 요구 사항을 만듭니다.
- 부하 시 자화 돌입 없음: 모터 변압기와 달리 태양광 변압기는 기계적 부하 돌입을 확인하지 않지만 인버터 MPPT 알고리즘은 변압기 임피던스 고려가 필요한 급격한 부하 변화를 일으킬 수 있습니다.
- DC 커플링의 과부하: DC 결합 BESS 구성의 경우 변압기는 PV 및 BESS 방전을 동시에 처리해야 할 수 있습니다. - PV 명판 정격 이상으로 피크 전력을 증가시킵니다.
kVA 크기 조정 방법
변압기 kVA 정격은 손실 및 과부하에 대한 여유를 두고 연결된 인버터의 최대 AC 출력 전력을 포괄해야 합니다.
변압기 kVA = Σ인버터 AC kVA × 1.05 ~ 1.10
1.05–1.10 크기 초과 계수는 다음을 설명합니다.
- 정격 전류에서 변압기 구리 손실(부하 손실) - 일반적으로 정격 전력의 0.5~1.5%
- 조도 스파이크 중 과부하(클라우드 에지 향상으로 인버터 출력이 공칭 이상으로 일시적으로 높아질 수 있음)
- 향후 용량 확장(10% 헤드룸으로 두 번째 단계가 추가될 경우 변압기 교체 방지)
예: 10 × Sungrow 클러스터 SG150CX 인버터(각각 150kW AC)에는 다음과 같은 최소 변압기가 필요합니다. 10 × 150kVA × 1.08 = 1,620kVA. 다음 표준 크기를 선택하세요. 1,600kVA 또는 2,000kVA.
벡터 그룹 선택
변압기 벡터 그룹은 1차(HV) 권선과 2차(LV) 권선 사이의 위상 관계와 중성선 처리 방법을 정의합니다. 태양광 발전소의 경우 가장 일반적인 구성은 다음과 같습니다.
| 벡터 그룹 | 사용시 | 메모 |
|---|---|---|
| Dyn11 | 대부분의 유럽 태양광 애플리케이션 | 중립이 있는 Delta HV / Star LV. 스트링 인버터에 가장 일반적입니다. LV 측에 제로 시퀀스 전류 경로를 제공합니다(인버터 지락 감지). |
| YNyn0 | 미국/북미 태양광 | 별 중립 / 별 중립. HV 및 LV 중성선이 모두 접지된 유틸리티 애플리케이션에 일반적입니다. |
| Dyn1 | 중국 유틸리티 태양광(GB/T) | HV와 LV 사이의 위상 변이는 30°입니다. 이중 변압기 구성에서 고조파 제거를 위해 일부 중국 그리드 운영자가 요구합니다. |
11kV ~ 33kV MV 네트워크를 연결하는 대부분의 국제 프로젝트의 경우, Dyn11이 표준 선택입니다.. 변압기를 주문하기 전에 항상 유틸리티의 상호 연결 연구 또는 그리드 연결 표준 문서를 통해 필요한 벡터 그룹을 확인하십시오.
효율성 등급 및 손실
변압기 손실은 두 가지 구성 요소로 구성됩니다.
- 무부하 손실(코어 손실): 부하에 관계없이 일정함 - 변압기는 발전소가 발전하지 않는 동안에도 하루 24시간 이 전력을 사용합니다. 정격 주파수에서 와트로 지정됩니다.
- 부하 손실(구리 손실): 전류의 제곱에 비례합니다. 50% 부하에서 부하 손실은 전체 부하 값의 25%입니다.
태양광 애플리케이션의 경우, 태양광 발전소는 하루(야간) 10시간 이상 동안 부하가 없거나 낮기 때문에 무부하 손실에 특별한 주의를 기울여야 합니다. 무부하 손실이 낮은 고효율 변압기는 플랜트 수명 전반에 걸쳐 에너지 절감 효과를 제공합니다.
| IEC 효율 등급 | 무부하 손실 벤치마크(1,000kVA) | 사용 사례 |
|---|---|---|
| 표준(AAA) | ~1,000W | 표준 그리드 인프라 |
| 고효율(A0/A0k) | ~700W | 태양광에 적합 - 야간 손실 감소 |
| 비정질 코어(프리미엄) | ~250W | 태양광에 가장 적합 - 표준 대비 3~5년 만에 투자 회수 |
1,000W 대 250W 무부하 손실이 있는 1,000kVA 변압기의 경우 $0.10/kWh 에너지 비용으로 연간 8,760시간 작동: 연간 절약 = 6,575kWh × $0.10 = $658/년. 비정질 코어 프리미엄에 대한 3~5년 투자 회수를 고려하면 이는 거의 항상 경제적으로 타당합니다.
변압기 임피던스 및 인버터 호환성
변압기 임피던스(백분율로 표시, 일반적으로 4~6%)는 단락 중에 전달되는 오류 전류를 결정하고 부하 변경 시 인버터의 계통 전압 안정성에 영향을 미칩니다. 임피던스가 높을수록 결함 전류가 감소하지만(더 안전한 스위치기어) 부하 시 전압 강하가 증가합니다. 대부분의 태양광 발전소 변압기 연결의 경우 4~6% 임피던스가 표준입니다. 허용 가능한 임피던스 범위는 인버터 제조업체의 사양을 참조하세요.