Mỗi nhà máy năng lượng mặt trời kết nối với lưới điện trung thế (MV) - thường trên 1 MW - đều yêu cầu một máy biến áp tăng cường chuyển đổi đầu ra AC điện áp thấp của biến tần (thường là 400 V hoặc 630 V) thành điện áp trung bình của tiện ích (6 kV đến 35 kV). Việc chọn sai máy biến áp kVA, nhóm vectơ hoặc loại tổn thất sẽ tạo ra nút thắt cổ chai làm hạn chế sản lượng của nhà máy hoặc thông số kỹ thuật quá cao gây tốn kém. Hướng dẫn này đề cập đến quy trình lựa chọn máy biến áp dành cho các kỹ sư nhà máy năng lượng mặt trời và nhà phát triển dự án.
Tại sao máy biến áp cho năng lượng mặt trời lại khác
Máy biến áp năng lượng mặt trời có đặc điểm nhiệm vụ riêng biệt so với máy biến áp công nghiệp:
- Tải biến: Máy biến áp năng lượng mặt trời tăng tốc từ 0 lúc bình minh đến đầy tải vào buổi trưa và trở về 0 lúc hoàng hôn - một chu kỳ hàng ngày mà máy biến áp phải xử lý trong hơn 25 năm
- Nội dung hài hòa: Bộ biến tần chuỗi hiện đại tạo ra độ méo sóng hài rất thấp (Độ méo sóng hài tổng, THD ≤ 3% đối với dòng Sungrow SG-CX), nhưng điện áp DC cao (1.000–1.500 Vdc) tạo ra yêu cầu đối với thiết kế cách điện máy biến áp cụ thể
- Không có sự xâm nhập từ tính khi tải: Không giống như máy biến áp động cơ, máy biến áp năng lượng mặt trời không thấy tải cơ học xâm nhập — nhưng thuật toán MPPT biến tần có thể gây ra những thay đổi tải nhanh chóng nên cần phải xem xét trở kháng máy biến áp
- Quá tải trong khớp nối DC: Đối với cấu hình BESS ghép nối DC, máy biến áp có thể cần xử lý đồng thời cả phóng điện PV và BESS - tăng công suất đỉnh cao hơn định mức trên bảng tên PV
phương pháp tính toán kVA
Định mức kVA của máy biến áp phải bao gồm công suất đầu ra AC tối đa của bộ biến tần được kết nối với mức dự phòng tổn thất và quá tải:
Máy biến áp kVA = ΣBiến tần AC kVA × 1,05 đến 1,10
Hệ số quá khổ 1,05–1,10 chiếm:
- Tổn thất đồng của máy biến áp (tổn thất tải) ở dòng điện định mức - thường là 0,5–1,5% công suất định mức
- Quá tải khi bức xạ tăng đột biến (tăng cường cạnh đám mây có thể nhanh chóng đẩy đầu ra biến tần lên trên danh nghĩa)
- Mở rộng công suất trong tương lai (10% khoảng trống ngăn cản việc thay thế máy biến áp nếu thêm giai đoạn thứ hai)
Ví dụ: cụm 10 × Sungrow SG150CX Bộ biến tần (150 kW AC mỗi bộ) yêu cầu máy biến áp tối thiểu: 10 × 150 kVA × 1,08 = 1.620 kVA. Chọn kích thước tiêu chuẩn tiếp theo: 1.600 kVA hoặc 2.000 kVA.
Lựa chọn nhóm vectơ
Nhóm vectơ biến áp xác định mối quan hệ pha giữa cuộn dây sơ cấp (HV) và thứ cấp (LV) và cách xử lý trung tính. Đối với các nhà máy năng lượng mặt trời, cấu hình phổ biến nhất là:
| Nhóm vectơ | Khi sử dụng | Ghi chú |
|---|---|---|
| Dyn11 | Hầu hết các ứng dụng năng lượng mặt trời ở châu Âu | Delta HV / Star LV có màu trung tính. Phổ biến nhất cho bộ biến tần chuỗi. Cung cấp đường dẫn dòng điện thứ tự 0 ở phía LV (phát hiện lỗi nối đất biến tần). |
| YNyn0 | năng lượng mặt trời Mỹ / Bắc Mỹ | Sao trung tính / Sao trung tính. Phổ biến cho các ứng dụng tiện ích trong đó cả hai dây trung tính HV và LV đều được nối đất. |
| Dyn1 | Tiện ích năng lượng mặt trời của Trung Quốc (GB/T) | Chuyển pha 30° giữa HV và LV. Được yêu cầu bởi một số nhà khai thác lưới điện Trung Quốc để khử sóng hài trong cấu hình máy biến áp kép. |
Đối với hầu hết các dự án quốc tế kết nối mạng trung thế 11 kV đến 33 kV, Dyn11 là sự lựa chọn tiêu chuẩn. Luôn xác nhận nhóm vectơ cần thiết bằng tài liệu nghiên cứu kết nối hoặc tiêu chuẩn kết nối lưới của công ty điện lực trước khi đặt mua máy biến áp.
Cấp hiệu suất và tổn thất
Tổn hao máy biến áp gồm hai thành phần:
- Tổn hao không tải (tổn hao lõi): Không đổi bất kể tải - máy biến áp sử dụng nguồn điện này 24 giờ một ngày ngay cả khi nhà máy không phát điện. Được chỉ định bằng watt ở tần số định mức.
- Tổn hao có tải (tổn hao đồng): Tỷ lệ thuận với bình phương hiện tại. Ở mức tải 50%, tổn thất khi tải là 25% giá trị đầy tải.
Đối với các ứng dụng năng lượng mặt trời, tổn thất không tải đáng được quan tâm đặc biệt vì các nhà máy năng lượng mặt trời ở mức 0 hoặc tải thấp trong hơn 10 giờ mỗi ngày (đêm). Máy biến áp hiệu suất cao với tổn thất không tải thấp sẽ mang lại lợi ích tiết kiệm năng lượng cao hơn trong suốt vòng đời của nhà máy.
| Lớp hiệu quả IEC | Tiêu chuẩn tổn thất không tải (1.000 kVA) | Trường hợp sử dụng |
|---|---|---|
| Tiêu chuẩn (AAA) | ~1.000 W | Hạ tầng lưới tiêu chuẩn |
| Hiệu suất cao (A0/A0k) | ~700 W | Tốt cho năng lượng mặt trời - tổn thất ban đêm thấp hơn |
| Lõi vô định hình (cao cấp) | ~250 W | Tốt nhất cho năng lượng mặt trời — hoàn vốn sau 3–5 năm so với tiêu chuẩn |
Đối với máy biến áp 1.000 kVA có tổn thất không tải 1.000 W so với 250 W chạy 8.760 giờ/năm ở mức 0,10 USD/kWh chi phí năng lượng: tiết kiệm hàng năm = 6.575 kWh × 0,10 USD = $658/năm. Với thời gian hoàn vốn từ 3–5 năm đối với phí bảo hiểm lõi vô định hình, điều này hầu như luôn hợp lý về mặt kinh tế.
Trở kháng máy biến áp và khả năng tương thích biến tần
Trở kháng máy biến áp (được biểu thị bằng phần trăm, thường là 4–6%) xác định dòng điện sự cố được cung cấp trong thời gian ngắn mạch và ảnh hưởng đến độ ổn định điện áp lưới của bộ biến tần khi tải thay đổi. Trở kháng cao hơn làm giảm dòng điện sự cố (thiết bị đóng cắt an toàn hơn) nhưng làm tăng sụt áp khi tải. Đối với hầu hết các kết nối máy biến áp của nhà máy năng lượng mặt trời, trở kháng 4–6% là tiêu chuẩn; tham khảo thông số kỹ thuật của nhà sản xuất biến tần để biết phạm vi trở kháng chấp nhận được.