โรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์ทุกแห่งที่เชื่อมต่อกับโครงข่ายแรงดันไฟฟ้าปานกลาง (MV) ซึ่งโดยปกติแล้วจะสูงกว่า 1 MW ต้องใช้หม้อแปลงแบบสเต็ปอัพที่จะแปลงเอาต์พุต AC แรงดันต่ำของอินเวอร์เตอร์ (โดยทั่วไปคือ 400 V หรือ 630 V) เป็นแรงดันไฟฟ้าปานกลางของสาธารณูปโภค (6 kV ถึง 35 kV) การเลือกหม้อแปลง kVA, กลุ่มเวคเตอร์ หรือคลาสการสูญเสียที่ไม่ถูกต้อง จะทำให้เกิดปัญหาคอขวดที่จำกัดผลผลิตของพืช หรือมีข้อกำหนดสูงเกินไปซึ่งมีราคาแพง คู่มือนี้ครอบคลุมกระบวนการคัดเลือกหม้อแปลงไฟฟ้าสำหรับวิศวกรโรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์และผู้พัฒนาโครงการ
เหตุใดหม้อแปลงสำหรับพลังงานแสงอาทิตย์จึงแตกต่าง
หม้อแปลงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์มีลักษณะเฉพาะหน้าที่เมื่อเปรียบเทียบกับหม้อแปลงไฟฟ้าอุตสาหกรรม:
- การโหลดแบบแปรผัน: หม้อแปลงพลังงานแสงอาทิตย์เปลี่ยนจากศูนย์ในตอนเช้าเป็นโหลดเต็มตอนเที่ยง และกลับเป็นศูนย์ในเวลาพลบค่ำ — วงจรรายวันที่หม้อแปลงต้องรับมือเป็นเวลา 25 ปีขึ้นไป
- เนื้อหาฮาร์มอนิก: อินเวอร์เตอร์สตริงสมัยใหม่สร้างความบิดเบือนฮาร์มอนิกต่ำมาก (ความเพี้ยนฮาร์มอนิกรวม, THD ≤ 3% สำหรับซีรีส์ Sungrow SG-CX) แต่แรงดันไฟฟ้ากระแสตรงสูง (1,000–1,500 Vdc) สร้างข้อกำหนดสำหรับการออกแบบฉนวนหม้อแปลงโดยเฉพาะ
- ไม่มีการผลักแม่เหล็กเข้าสู่โหลด: แตกต่างจากหม้อแปลงมอเตอร์ตรงที่หม้อแปลงพลังงานแสงอาทิตย์ไม่เห็นการพุ่งเข้าของโหลดเชิงกล แต่อัลกอริธึม MPPT ของอินเวอร์เตอร์อาจทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงโหลดอย่างรวดเร็วซึ่งต้องพิจารณาความต้านทานของหม้อแปลง
- โอเวอร์โหลดในคัปปลิ้งกระแสตรง: สำหรับการกำหนดค่า BESS แบบ DC-ควบคู่ หม้อแปลงอาจต้องจัดการทั้งการปล่อย PV และ BESS พร้อมๆ กัน — การเพิ่มกำลังไฟฟ้าสูงสุดเหนือพิกัดป้ายชื่อ PV
วิธีการปรับขนาด kVA
อัตรา kVA ของหม้อแปลงต้องครอบคลุมกำลังเอาต์พุต AC สูงสุดของอินเวอร์เตอร์ที่เชื่อมต่ออยู่ โดยมีส่วนเผื่อสำหรับการสูญเสียและการโอเวอร์โหลด:
หม้อแปลง kVA = Σอินเวอร์เตอร์ AC kVA × 1.05 ถึง 1.10
ปัจจัยขนาดเกิน 1.05–1.10 คำนึงถึง:
- การสูญเสียทองแดงของหม้อแปลง (การสูญเสียโหลด) ที่พิกัดกระแส - โดยทั่วไปคือ 0.5–1.5% ของกำลังพิกัด
- การโอเวอร์โหลดระหว่างการฉายรังสีที่เพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว (การปรับปรุงขอบคลาวด์สามารถผลักดันเอาท์พุตของอินเวอร์เตอร์ให้สูงกว่าค่าที่กำหนดได้)
- การขยายกำลังการผลิตในอนาคต (พื้นที่ว่าง 10% ช่วยป้องกันการเปลี่ยนหม้อแปลงหากมีการเพิ่มเฟสที่สอง)
ตัวอย่าง: กระจุกขนาด 10 × Sunrow SG150CX อินเวอร์เตอร์ (ตัวละ 150 kW AC) ต้องใช้หม้อแปลงขั้นต่ำ: 10 × 150 kVA × 1.08 = 1,620 เควีเอ. เลือกขนาดมาตรฐานถัดไป: 1,600 เควีเอ หรือ 2,000 เควีเอ.
การเลือกกลุ่มเวกเตอร์
กลุ่มเวกเตอร์ของหม้อแปลงไฟฟ้าจะกำหนดความสัมพันธ์ของเฟสระหว่างขดลวดหลัก (HV) และขดลวดทุติยภูมิ (LV) และวิธีการจัดการกับความเป็นกลาง สำหรับโรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์ การกำหนดค่าที่พบบ่อยที่สุดคือ:
| กลุ่มเวกเตอร์ | เมื่อใช้ | หมายเหตุ |
|---|---|---|
| ไดน์11 | การใช้งานพลังงานแสงอาทิตย์ส่วนใหญ่ในยุโรป | Delta HV / Star LV ที่มีค่าเป็นกลาง พบมากที่สุดสำหรับอินเวอร์เตอร์สตริง ให้เส้นทางปัจจุบันที่มีลำดับเป็นศูนย์บนฝั่ง LV (การตรวจจับข้อผิดพลาดกราวด์ของอินเวอร์เตอร์) |
| YNyn0 | พลังงานแสงอาทิตย์ของสหรัฐฯ/อเมริกาเหนือ | เป็นกลางแบบดาว / เป็นกลางแบบดาว ทั่วไปสำหรับการใช้งานด้านสาธารณูปโภคที่มีการต่อสายดินทั้ง HV และ LV |
| ไดน์1 | พลังงานแสงอาทิตย์สาธารณูปโภคของจีน (GB/T) | การเปลี่ยนเฟส 30° ระหว่าง HV และ LV กำหนดโดยผู้ให้บริการกริดของจีนบางรายสำหรับการยกเลิกฮาร์มอนิกในการกำหนดค่าหม้อแปลงคู่ |
สำหรับโครงการระหว่างประเทศส่วนใหญ่ที่เชื่อมต่อเครือข่าย MV ขนาด 11 kV ถึง 33 kV Dyn11 เป็นตัวเลือกมาตรฐาน. ตรวจสอบกลุ่มเวกเตอร์ที่ต้องการด้วยการศึกษาการเชื่อมต่อโครงข่ายของยูทิลิตี้หรือเอกสารมาตรฐานการเชื่อมต่อโครงข่ายก่อนสั่งซื้อหม้อแปลงไฟฟ้า
คลาสประสิทธิภาพและการสูญเสีย
การสูญเสียของหม้อแปลงประกอบด้วยสององค์ประกอบ:
- การสูญเสียที่ไม่มีโหลด (การสูญเสียหลัก): คงที่โดยไม่คำนึงถึงโหลด - หม้อแปลงไฟฟ้าจะใช้พลังงานนี้ตลอด 24 ชั่วโมงแม้ในขณะที่โรงงานไม่ได้ผลิตไฟฟ้าก็ตาม ระบุเป็นวัตต์ที่ความถี่ที่กำหนด
- การสูญเสียโหลด (การสูญเสียทองแดง): สัดส่วนกับกระแสกำลังสอง ที่การโหลด 50% การสูญเสียโหลดคือ 25% ของค่าโหลดเต็ม
สำหรับการใช้งานพลังงานแสงอาทิตย์ การสูญเสียขณะไม่มีโหลดสมควรได้รับความสนใจเป็นพิเศษ เนื่องจากโรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์อยู่ที่ศูนย์หรือโหลดต่ำเป็นเวลามากกว่า 10 ชั่วโมงต่อวัน (กลางคืน) หม้อแปลงประสิทธิภาพสูงที่มีการสูญเสียโหลดต่ำจะจ่ายคืนคุณภาพการประหยัดพลังงานตลอดอายุการใช้งานของโรงงาน
| ระดับประสิทธิภาพ IEC | เกณฑ์มาตรฐานการสูญเสียขณะไม่มีโหลด (1,000 kVA) | กรณีการใช้งาน |
|---|---|---|
| มาตรฐาน (AAA) | ~1,000 วัตต์ | โครงสร้างพื้นฐานกริดมาตรฐาน |
| ประสิทธิภาพสูง (A0/A0k) | ~700 วัตต์ | เหมาะสำหรับแสงอาทิตย์ — การสูญเสียคืนที่ต่ำกว่า |
| แกนอสัณฐาน (พรีเมี่ยม) | ~250 วัตต์ | ดีที่สุดสำหรับพลังงานแสงอาทิตย์ — จ่ายคืนภายใน 3-5 ปี เทียบกับมาตรฐาน |
สำหรับหม้อแปลงขนาด 1,000 kVA ที่มีการสูญเสียขณะไม่มีโหลด 1,000 W เทียบกับ 250 W ที่ทำงาน 8,760 ชั่วโมง/ปี ที่ 0.10 USD/kWh ต้นทุนพลังงาน: การประหยัดรายปี = 6,575 kWh × 0.10 USD = $658/ปี. ด้วยการคืนทุน 3-5 ปีสำหรับพรีเมี่ยมแกนอสัณฐาน สิ่งนี้ถือว่าสมเหตุสมผลในเชิงเศรษฐกิจเกือบทุกครั้ง
ความต้านทานของหม้อแปลงและความเข้ากันได้ของอินเวอร์เตอร์
อิมพีแดนซ์ของหม้อแปลง (แสดงเป็นเปอร์เซ็นต์ โดยทั่วไปคือ 4–6%) จะกำหนดกระแสฟอลต์ที่จ่ายระหว่างการลัดวงจร และส่งผลต่อความเสถียรของแรงดันไฟฟ้ากริดของอินเวอร์เตอร์ภายใต้การเปลี่ยนแปลงโหลด อิมพีแดนซ์ที่สูงขึ้นจะช่วยลดกระแสไฟลัด (สวิตช์เกียร์ที่ปลอดภัยกว่า) แต่จะเพิ่มแรงดันตกคร่อมภายใต้โหลด สำหรับการเชื่อมต่อหม้อแปลงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์ส่วนใหญ่ อิมพีแดนซ์ 4–6% เป็นมาตรฐาน ศึกษาข้อกำหนดเฉพาะของผู้ผลิตอินเวอร์เตอร์สำหรับช่วงอิมพีแดนซ์ที่ยอมรับได้