การออกแบบหม้อแปลงไฟฟ้าแบบเพิ่มแรงดันสำหรับระบบพลังงานแสงอาทิตย์และระบบเก็บพลังงานแบตเตอรี่: การจัดการกระแสไฟฟ้าสองทิศทาง ความเครียดจากความร้อน และระบบป้องกัน

การผสานรวมระบบผลิตพลังงานแสงอาทิตย์ (PV) และระบบเก็บพลังงานแบตเตอรี่ (BESS) เข้ากับโครงข่ายไฟฟ้าแบบกระจายอย่างต่อเนื่องกำลังเปลี่ยนแปลงวิธีการเชื่อมต่อโรงไฟฟ้าพลังงานหมุนเวียนเข้ากับระบบจำหน่ายไฟฟ้า

ต่างจากโครงการติดตั้งโซลาร์เซลล์แบบเดิมที่ส่งออกไฟฟ้าที่ผลิตได้เป็นหลัก สถาน facility แบบผสมผสาน PV-BESS สามารถทำงานได้หลายโหมด ได้แก่ การส่งออกพลังงานแสงอาทิตย์ การชาร์จแบตเตอรี่จากโครงข่ายไฟฟ้าหรือจากพลังงานแสงอาทิตย์ การปล่อยพลังงานที่เก็บไว้ และการให้บริการสนับสนุนโครงข่ายไฟฟ้า

เงื่อนไขการปฏิบัติงานที่เปลี่ยนแปลงเหล่านี้ก่อให้เกิดข้อกำหนดด้านวิศวกรรมใหม่สำหรับ สถานีไฟฟ้าย่อยแบบเพิ่มแรงดันสำหรับระบบพลังงานแสงอาทิตย์ และหม้อแปลงไฟฟ้าที่เกี่ยวข้อง

การวางผังระนาบกราวด์ที่ออกแบบอย่างเหมาะสม หม้อแปลงสำหรับการไหลของกำลังไฟฟ้าสองทิศทาง ต้องรองรับโปรไฟล์โหลดที่เปลี่ยนแปลงได้ รักษาประสิทธิภาพด้านความร้อนในระดับที่ยอมรับได้ ทนต่อการรบกวนทางไฟฟ้าตามที่ระบุ และทำงานร่วมกับระบบป้องกันที่ประสานงานกันอย่างเหมาะสม

สำหรับผู้รับเหมา EPC ด้านพลังงานแสงอาทิตย์ ผู้รวมระบบ BESS วิศวกรของบริษัทจำหน่ายไฟฟ้า และผู้ออกแบบระบบไฟฟ้าอุตสาหกรรม การเลือกหม้อแปลงจึงเป็นส่วนสำคัญยิ่งต่อความน่าเชื่อถือของโครงการและการจัดการต้นทุนตลอดอายุการใช้งาน

คู่มือนี้วิเคราะห์ความท้าทายด้านไฟฟ้า ความร้อน และการป้องกันที่เกิดจากการผสานระบบ PV กับ BESS และอธิบายวิธีกำหนดข้อกำหนดสำหรับหม้อแปลงแบบเพิ่มแรงดันที่เหมาะสมสำหรับโครงการพลังงานหมุนเวียนแบบไฮบริดรุ่นใหม่

1. การเข้าใจระบบพลังงานไฮบริดแบบ PV-BESS

1.1 วิธีที่การผสานระบบพลังงานแสงอาทิตย์กับระบบเก็บพลังงานเปลี่ยนแปลงการจ่ายไฟฟ้า

ในโรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์แบบเชื่อมต่อกับโครงข่ายไฟฟ้าแบบดั้งเดิม อินเวอร์เตอร์พลังงานแสงอาทิตย์จะเปลี่ยนกระแสตรง (DC) จากโมดูลพลังงานแสงอาทิตย์ให้เป็นกระแสสลับ (AC)

หม้อแปลงแบบเพิ่มแรงดันจะเพิ่มแรงดันขาออกของอินเวอร์เตอร์ให้สูงขึ้นถึงระดับแรงดันกลางที่ต้องการสำหรับการจ่ายไฟฟ้า เช่น 10 กิโลโวลต์ 20 กิโลโวลต์ หรือ 35 กิโลโวลต์

พลังงานมักไหลจากอุปกรณ์ผลิตไฟฟ้าด้วยพลังงานแสงอาทิตย์ไปยังเครือข่ายรวมหรือโครงข่ายไฟฟ้าของหน่วยงานให้บริการ แม้ว่าโหลดเสริมและเงื่อนไขการปฏิบัติงานบางประการอาจทำให้เกิดการไหลย้อนกลับในระดับจำกัด

เมื่อมีการติดตั้งระบบจัดเก็บพลังงานด้วยแบตเตอรี่ (BESS) เข้ามา สถาปัตยกรรมทางไฟฟ้าจะซับซ้อนยิ่งขึ้น

การติดตั้งแบบผสมผสานระหว่างระบบพลังงานแสงอาทิตย์กับระบบจัดเก็บพลังงานด้วยแบตเตอรี่ (PV-BESS) อาจทำงานได้ในหลายโหมด

โหมดการทำงาน	การไหลของพลังงาน	การพิจารณาหม้อแปลงไฟฟ้า
Solar generation	อินเวอร์เตอร์พลังงานแสงอาทิตย์ → หม้อแปลงไฟฟ้า → โครงข่ายไฟฟ้า	การรับโหลดจากการผลิตอย่างต่อเนื่อง
การชาร์จแบตเตอรี่จากโครงข่ายไฟฟ้า	โครงข่ายไฟฟ้า → หม้อแปลงไฟฟ้า → อุปกรณ์ควบคุมการชาร์จ-ปล่อยพลังงานของแบตเตอรี่ (BESS PCS)	การไหลย้อนกลับของกำลังไฟฟ้าใช้งาน
การปล่อยพลังงานจากแบตเตอรี่	ระบบเก็บพลังงานแบตเตอรี่ (BESS) ผ่านระบบแปลงกำลังไฟฟ้า (PCS) → หม้อแปลงไฟฟ้า → เครือข่ายไฟฟ้า	การโหลดส่งออกและการทำงานด้านความร้อน
การส่งออกพลังงานแสงอาทิตย์และระบบเก็บพลังงานแบตเตอรี่ (BESS)	แผงเซลล์แสงอาทิตย์ (PV) รวมกับระบบเก็บพลังงานแบตเตอรี่ (BESS) → หม้อแปลงไฟฟ้า → เครือข่ายไฟฟ้า	กำลังไฟฟ้าส่งออกรวมสูงสุด
การสนับสนุนระบบจ่ายไฟฟ้า	การแลกเปลี่ยนกำลังไฟฟ้าใช้งานและกำลังไฟฟ้าปฏิกิริยาแบบสองทิศทาง	การควบคุมแรงดันไฟฟ้าและการประสานงานระบบป้องกัน
สแตนด์บาย	การถ่ายโอนกำลังไฟฟ้าใช้งานน้อยที่สุด	การสูญเสียพลังงานขณะไม่มีโหลดและความต้องการพลังงานสำหรับอุปกรณ์เสริม

ในระบบที่เชื่อมต่อแบบ AC ตัวแปลงกระแสไฟฟ้าจากแผงเซลล์แสงอาทิตย์ (photovoltaic inverters) และระบบแปลงกำลังไฟฟ้าของแบตเตอรี่ (battery power conversion systems: PCS) อาจเชื่อมต่อกับเครือข่ายรวบรวมกระแสไฟฟ้าแบบ AC ร่วมกัน

สามารถใช้หม้อแปลงไฟฟ้าเฉพาะสำหรับระบบเก็บพลังงานแบตเตอรี่ (BESS) หม้อแปลงไฟฟ้าแบบเพิ่มแรงดันร่วมกัน หรือการจัดวางหม้อแปลงหลายตัวได้ ขึ้นอยู่กับความจุของระบบและโครงสร้างทางไฟฟ้า

1.2 เหตุใดการไหลย้อนกลับของกำลังไฟฟ้าจึงมีความสำคัญ

โดยทั่วไป หม้อแปลงไฟฟ้าแบบธรรมดาสามารถส่งผ่านกำลังไฟฟ้ากระแสสลับ (AC) ได้ทั้งสองทิศทาง ตราบใดที่ยังคงอยู่ภายในขีดจำกัดด้านแรงดัน กระแสไฟฟ้า ฉนวนกันไฟฟ้า ความร้อน และระบบป้องกัน

ดังนั้น, การไหลย้อนกลับของกำลังไฟฟ้าไม่จำเป็นต้องใช้การออกแบบแม่เหล็กภายในหม้อแปลงที่แตกต่างโดยสิ้นเชิง .

ความท้าทายด้านวิศวกรรมเกิดขึ้นจากสภาวะการปฏิบัติงานที่เกี่ยวข้องกับระบบที่ผสมผสานระหว่างพลังงานแสงอาทิตย์และระบบเก็บพลังงาน

อาจรวมถึง:

• การเปลี่ยนสถานะซ้ำๆ ระหว่างการชาร์จและการคายประจุ

• ภาระโหลดที่แปรผันตลอดทั้งวัน

• กระแสฮาร์โมนิกที่เกิดจากอินเวอร์เตอร์

• การแลกเปลี่ยนกำลังไฟฟ้าแบบไร้ประสิทธิภาพ (reactive power exchange)

• การรั่วไหลของกระแสไฟฟ้าตรง (DC) ที่อาจเกิดขึ้น

• การมีส่วนร่วมของกระแสขัดข้องที่แตกต่างกันในโหมดการปฏิบัติงานที่หลากหลาย

• การเปลี่ยนแปลงของแรงดันไฟฟ้าทั่วเครือข่ายรวม

• ช่วงเวลาที่ยาวนานของการทำงานแบบพร้อมใช้งานโดยมีพลังงานจ่ายอยู่

หม้อแปลงไฟฟ้าเพิ่มแรงดันสำหรับระบบพลังงานแสงอาทิตย์ต้องได้รับการประเมินตามเงื่อนไขการปฏิบัติงานจริงเหล่านี้ แทนที่จะพิจารณาเพียงทิศทางการไหลของกำลังไฟฟ้าเท่านั้น

2. ความเครียดจากความร้อนและความท้าทายด้านการโหลดใน หม้อแปลงไฟฟ้าเพิ่มแรงดันสำหรับระบบเก็บพลังงานแบตเตอรี่ (BESS)

2.1 การเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิซ้ำๆ ระหว่างการชาร์จและการคายประจุ

สมรรถนะด้านความร้อนเป็นปัจจัยสำคัญประการหนึ่งที่ต้องพิจารณาเมื่อเลือก หม้อแปลงไฟฟ้าเพิ่มแรงดันสำหรับระบบเก็บพลังงานแบตเตอรี่ (BESS) .

อุณหภูมิของขดลวดหม้อแปลงและของเหลวฉนวนขึ้นอยู่กับการสูญเสียพลังงานไฟฟ้า สภาพการระบายความร้อน อุณหภูมิแวดล้อม และประวัติการโหลดที่ผ่านมาเป็นหลัก

โรงไฟฟ้าเก็บพลังงานด้วยแบตเตอรี่อาจมีการชาร์จและคายประจุหลายรอบภายในหนึ่งวัน

ตัวอย่างเช่น ระบบแบตเตอรี่อาจชาร์จในช่วงที่มีการผลิตพลังงานแสงอาทิตย์สูง คายประจุในช่วงพีคเย็น และให้บริการเสริมแก่โครงข่ายไฟฟ้าในช่วงเวลาอื่นๆ

แม้ว่าการกลับทิศทางของกระแสไฟฟ้าจะไม่ก่อให้เกิดความร้อนเพิ่มเติมโดยตรงเมื่อมีค่ากระแสเฉลี่ยกำลัง (RMS) เท่ากัน แต่การเปลี่ยนแปลงขนาดของกระแสบ่อยครั้งอาจทำให้เกิดวงจรการร้อนและเย็นซ้ำๆ

วงจรเหล่านี้อาจส่งผลต่อ:

• อุณหภูมิจุดร้อนของขดลวด

• อัตราการเสื่อมสภาพของฉนวน

• การขยายตัวและหดตัวจากความร้อน

• แรงเชิงกลที่กระทำต่อโครงสร้างรองรับขดลวด

• สภาพน้ำมันและฉนวนในระยะยาว

ความแปรผันของอุณหภูมิที่เกิดขึ้นขึ้นอยู่กับระยะเวลาของโหลดและค่าคงที่เวลาความร้อนของหม้อแปลง

ดังนั้น การเลือกขนาดของหม้อแปลงควรพิจารณาจากโปรไฟล์การใช้งานทั้งหมด ไม่ใช่เพียงแค่ค่ากำลังติดตั้งสูงสุดของ PCS เท่านั้น

2.2 การประเมินอุณหภูมิจุดร้อนของหม้อแปลง

อายุการใช้งานของฉนวนหม้อแปลงขึ้นอยู่กับอุณหภูมิจุดร้อนของขดลวดอย่างมาก

สำหรับหม้อแปลงแบบจุ่มในน้ำมัน อุณหภูมิจุดร้อนโดยประมาณสามารถแสดงได้ดังนี้

θH = θA + ΔθTO + ΔθH

ที่ไหน:

• θH: อุณหภูมิจุดร้อนของขดลวด

• θA: อุณหภูมิแวดล้อม.

• δθTO: การเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิน้ำมันส่วนบนเหนืออุณหภูมิแวดล้อม

• δθH: เกรเดียนต์ของอุณหภูมิสูงสุดที่จุดร้อนบนขดลวดสูงกว่าอุณหภูมิของน้ำมันชั้นบน

การเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิจริงจะแปรผันตามภาระที่ใช้งาน รูปแบบการระบายความร้อน รูปทรงเรขาคณิตของหม้อแปลง และประวัติการปฏิบัติงาน

วิศวกรควรประเมินภาระที่ใช้งานโดยอ้างอิงแนวทางที่เกี่ยวข้อง เช่น มาตรฐาน IEEE C57.91 หรือ IEC 60076-7 ขึ้นอยู่กับข้อกำหนดเฉพาะของโครงการ

สำหรับการติดตั้งระบบเก็บพลังงานแบตเตอรี่ (BESS) การวิเคราะห์โปรไฟล์ภาระในรูปแบบซีรีส์เวลาที่เป็นตัวแทนสามารถช่วยระบุความเสี่ยงด้านความร้อนที่อาจไม่ปรากฏจากการคำนวณกำลังส่งออกสูงสุดตามแผ่นป้ายชื่อเพียงอย่างเดียว

2.3 การฉีดกระแสตรง (DC) และการอิ่มตัวของแกนเหล็ก

อุปกรณ์แปลงพลังงานอิเล็กทรอนิกส์กำลังอาจสร้างองค์ประกอบกระแสตรงขนาดเล็กเข้าไปในสัญญาณกระแสสลับ (AC) ที่ส่งออก ภายใต้เงื่อนไขบางประการ

การฉีดกระแสตรงเกินขนาดอาจก่อให้เกิดสนามแม่เหล็กเบี่ยงเบนในแกนเหล็กของหม้อแปลง ซึ่งอาจส่งผลให้เกิด

• กระแสแม่เหล็กเหนี่ยวนำเพิ่มขึ้น

• การอิ่มตัวของแกนเหล็ก

• การสูญเสียพลังงานแบบกระจายเพิ่มเติม

• การให้ความร้อนแบบเฉพาะจุด

• เสียงรบกวนทางเสียงเพิ่มขึ้น

• การสั่นสะเทือนผิดปกติ

อย่างไรก็ตาม อินเวอร์เตอร์ที่เชื่อมต่อกับระบบสายส่งและอุปกรณ์ PCS ที่ออกแบบมาอย่างดี จะมีฟังก์ชันควบคุมและป้องกันเพื่อจำกัดการรั่วไหลของกระแสตรง (DC injection)

การเบี่ยงเบนของกระแสตรง (DC offset) ควรประเมินในฐานะข้อกำหนดด้านคุณภาพของพลังงานและความเข้ากันได้ของอุปกรณ์ ไม่ใช่สมมุติว่าเป็นผลที่หลีกเลี่ยงไม่ได้จากการทำงานสองทิศทาง

ผู้ผลิตหม้อแปลงควรขอขีดจำกัดการรั่วไหลของกระแสตรง (DC injection limits) ที่ผู้ผลิต PCS ระบุไว้ เมื่อประเมินความเข้ากันได้

3. การบิดเบือนฮาร์โมนิก และ หม้อแปลง การสูญเสียพลังงานในระบบไฮบริด PV-BESS

3.1 เหตุใดตัวแปลงพลังงานอิเล็กทรอนิกส์จึงมีความสำคัญ

อินเวอร์เตอร์พลังงานแสงอาทิตย์และอุปกรณ์ PCS สำหรับแบตเตอรี่ ใช้การสลับเซมิคอนดักเตอร์และอัลกอริทึมควบคุมในการแปลงพลังงานไฟฟ้า

กระบวนการแปลงเหล่านี้อาจก่อให้เกิดส่วนประกอบของกระแสฮาร์โมนิก

ขึ้นอยู่กับโครงสร้างของคอนเวอร์เตอร์ ความถี่ของการสลับกลยุทธ์การควบคุม และการกรอง ส่วนประกอบฮาร์โมนิกที่เกี่ยวข้องอาจรวมถึงฮาร์โมนิกอันดับที่ 5, 7, 11 และ 13 รวมทั้งส่วนประกอบที่มีความถี่สูงกว่านั้น

สเปกตรัมฮาร์โมนิกที่แท้จริงต้องได้รับจากผู้ผลิตอุปกรณ์หรือจากการศึกษาคุณภาพพลังงานที่เหมาะสม

กระแสฮาร์โมนิกอาจทำให้เกิดการเพิ่มขึ้นของ

• การสูญเสียจากกระแสไหลวนในขดลวด

• การสูญเสียแบบกระจายในชิ้นส่วนโครงสร้าง

• การให้ความร้อนเพิ่มเติมแก่ตัวนำ

• ภาระความร้อนโดยรวมของหม้อแปลง

• แรงดันไฟฟ้าเชิงไฟฟ้าที่เกี่ยวข้องกับเรโซแนนซ์ซึ่งอาจเกิดขึ้นในระบบโดยรวม

เนื่องจากการสูญเสียจากกระแสไหลวนที่เกี่ยวข้องกับฮาร์โมนิกขึ้นอยู่กับความถี่ การประเมินเฉพาะค่ากระแสเฉลี่ยกำลังสอง (RMS) ที่ความถี่พื้นฐานจึงอาจประเมินค่าการสูญเสียบางส่วนต่ำกว่าความเป็นจริง

3.2 เครื่องแปลงไฟฟ้าสำหรับระบบเก็บพลังงานแบตเตอรี่ (BESS) จำเป็นต้องมีการระบุค่า K-factor หรือไม่

ค่า K-factor มักใช้เพื่อบ่งชี้ความสามารถของเครื่องแปลงไฟฟ้าในการรองรับลักษณะโหลดที่ไม่เป็นเชิงเส้นตามที่กำหนด โดยเฉพาะในแอปพลิเคชันเครื่องแปลงไฟฟ้าแบบแห้งบางประเภท

อย่างไรก็ตาม การเลือกค่า K-4, K-9 หรือ K-13 แบบสุ่มไม่ใช่ข้อกำหนดทั่วไปสำหรับเครื่องแปลงไฟฟ้าแบบจุ่มของเหลวที่ใช้ในระบบพลังงานแสงอาทิตย์และระบบเก็บพลังงาน

สำหรับเครื่องแปลงไฟฟ้าแรงดันกลางแบบจุ่มของเหลว แนวทางวิศวกรรมที่เหมาะสมกว่าคือการประเมินสเปกตรัมฮาร์โมนิกที่คาดว่าจะเกิดขึ้น และการสูญเสียพลังงานเพิ่มเติมที่ตามมา

มาตรฐาน IEEE C57.110 ให้วิธีการที่เกี่ยวข้องกับการประเมินความสามารถของเครื่องแปลงไฟฟ้าภายใต้สภาวะกระแสโหลดที่ไม่เป็นคลื่นไซนัสภายในขอบเขตที่กำหนดไว้

ขั้นตอนวิศวกรรมที่แนะนำประกอบด้วย

1. รวบรวมข้อมูลกระแสฮาร์โมนิกจากอินเวอร์เตอร์พลังงานแสงอาทิตย์ (PV inverter) และอุปกรณ์ควบคุมระบบเก็บพลังงาน (BESS PCS)

2. ประเมินสภาวะการปฏิบัติงานที่คาดว่าจะเกิดขึ้นทั้งในโหมดการชาร์จและโหมดการปล่อยพลังงาน

3. คำนวณการสูญเสียเพิ่มเติมที่เกิดขึ้นในขดลวดและสนามแม่เหล็กรั่ว (stray losses) ตามความเหมาะสม

4. ตรวจสอบการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิในขดลวดและการโหลดฉนวน

5. พิจารณาว่าจำเป็นต้องใช้การพันแบบพิเศษ การระบายความร้อนเพิ่มเติม หรือการลดกำลังลงหรือไม่

แนวทางที่ออกแบบเฉพาะสำหรับการใช้งานนี้ช่วยหลีกเลี่ยงการเลือกหม้อแปลงที่มีขนาดใหญ่เกินความจำเป็น ในขณะเดียวกันก็รักษาประสิทธิภาพในการใช้งานระยะยาวไว้

3.3 การลดความเครียดจากความร้อนที่เกิดจากฮาร์โมนิก

ขึ้นอยู่กับคุณลักษณะของอินเวอร์เตอร์และข้อกำหนดของโครงการ ตัวเลือกการออกแบบหม้อแปลงอาจประกอบด้วย:

• การออกแบบตัวนำสำหรับขดลวดที่เหมาะสมกับการใช้งาน

• การสลับตำแหน่งตัวนำหรือการจัดเรียงขดลวดอย่างเหมาะสม

• ระยะเผื่อความร้อนเพิ่มเติม

• ความสามารถในการระบายความร้อนที่ดีขึ้น

• การประเมินการสูญเสียพลังงานภายใต้ภาระงานที่มีฮาร์โมนิกตามที่ระบุ

• การติดตั้งตัวกรองแบบประสานงานกันที่ระดับอินเวอร์เตอร์หรือระดับระบบ

การกรองฮาร์โมนิกโดยทั่วไปเป็นการตัดสินใจด้านวิศวกรรมระดับระบบ ซึ่งเกี่ยวข้องกับผู้จัดจำหน่ายอุปกรณ์ PCS ผู้รับเหมา EPC และผู้ออกแบบการเชื่อมต่อกับระบบไฟฟ้า

การออกแบบหม้อแปลงไฟฟ้าเพียงอย่างเดียวไม่สามารถแก้ไขปัญหาฮาร์โมนิกได้ทั้งหมดในโรงไฟฟ้าไฮบริด

4. การควบคุมแรงดันไฟฟ้าและการเลือกสวิตช์ปรับแต่งแรงดันสำหรับการไหลของกำลังไฟฟ้าสองทิศทาง

4.1 การเพิ่มขึ้นและลดลงของแรงดันไฟฟ้าในระบบที่ใช้พลังงานแบบไฮบริด

แรงดันไฟฟ้าที่ขั้วต่อหม้อแปลงขึ้นอยู่กับทิศทางและขนาดของกำลังไฟฟ้าใช้งานและกำลังไฟฟ้าปฏิบัติ ความต้านทานของหม้อแปลง และลักษณะของเครือข่ายที่เชื่อมต่อ

ในช่วงที่แผงเซลล์แสงอาทิตย์ผลิตไฟฟ้า หรือขณะที่แบตเตอรี่ (BESS) ปล่อยพลังงาน การส่งออกกำลังไฟฟ้าอาจทำให้แรงดันไฟฟ้าเพิ่มขึ้นที่จุดเชื่อมต่อบางจุด

ในช่วงที่ระบบดึงพลังงานจากโครงข่ายไฟฟ้า การนำเข้ากำลังไฟฟ้าอาจทำให้แรงดันไฟฟ้าลดลง

อย่างไรก็ตาม ปฏิกิริยาของแรงดันไฟฟ้าที่แท้จริงยังขึ้นอยู่กับการควบคุมกำลังไฟฟ้าปฏิบัติ ความต้านทานของระบบ การควบคุมแรงดันไฟฟ้าจากส่วนบนของโครงข่าย และเงื่อนไขการดำเนินงานของเครือข่าย

ดังนั้น ในการติดตั้งระบบพลังงานแสงอาทิตย์ร่วมกับแบตเตอรี่เก็บพลังงาน (PV-BESS) แบบไฮบริด การควบคุมแรงดันไฟฟ้าจึงจำเป็นต้องประสานงานกันระหว่างอินเวอร์เตอร์ หม้อแปลงไฟฟ้า และระบบเชื่อมต่อกับโครงข่ายไฟฟ้า

4.2 เครื่องปรับแต่งแท็ปแบบปิดวงจรเทียบกับแบบเปิดวงจรขณะมีโหลด

การจัดวางเครื่องปรับแต่งแท็ปสองแบบที่ใช้กันทั่วไปมีอยู่ในหม้อแปลงไฟฟ้ากำลัง

เครื่องปรับแต่งแท็ปแบบปิดวงจร (DETC)

เครื่องปรับแต่งแท็ปแบบปิดวงจรอนุญาตให้ปรับอัตราส่วนจำนวนรอบของหม้อแปลงไฟฟ้าได้เฉพาะเมื่อหม้อแปลงไฟฟ้าถูกตัดแหล่งจ่ายไฟออกอย่างปลอดภัยตามคำแนะนำของผู้ผลิต

ข้อดีรวมถึง:

• โครงสร้างค่อนข้างเรียบง่าย

• ต้นทุนเริ่มต้นต่ำกว่า

• ความซับซ้อนเชิงกลลดลง

• เหมาะสำหรับสถานการณ์ที่ความแปรผันของแรงดันไฟฟ้าในการดำเนินงานสามารถจัดการได้โดยอุปกรณ์อื่น

ตัวปรับแต่งค่าการเปลี่ยนอัตราส่วนแรงดันขณะมีโหลด (OLTC)

เครื่องปรับแต่งแท็ปแบบเปิดวงจรขณะมีโหลด (OLTC) อนุญาตให้ปรับตำแหน่งแท็ปได้แม้หม้อแปลงไฟฟ้ายังคงมีกระแสไฟฟ้าไหลผ่านและรับโหลดอยู่ โดยขึ้นอยู่กับข้อจำกัดด้านการออกแบบและการดำเนินงานของเครื่อง

ระบบ OLTC อาจเหมาะสมในกรณีที่เงื่อนไขแรงดันของเครือข่ายต้องการการปรับอัตราส่วนหม้อแปลงอย่างใช้งานจริง

อย่างไรก็ตาม การมี OLTC ไม่ได้จำเป็นโดยอัตโนมัติเพียงเพราะระบบเก็บพลังงานแบตเตอรี่ (BESS) ทำการชาร์จและคายประจุบ่อยครั้ง

แหล่งจ่ายกำลังไฟฟ้าสมัยใหม่ที่ใช้อินเวอร์เตอร์สามารถควบคุมแรงดันและกำลังไฟฟ้าปฏิกิริยาได้ภายในขอบเขตความสามารถของตนเองและตามข้อกำหนดของรหัสเครือข่ายไฟฟ้า

การเปลี่ยนตำแหน่งแทปบ่อยครั้งอาจทำให้เกิดความต้องการในการบำรุงรักษาเพิ่มเติมด้วย

คำแนะนำด้านวิศวกรรม ควรประเมินความสามารถของอินเวอร์เตอร์ด้าน Volt-VAR การควบคุมแรงดันบนเครือข่ายแรงดันกลาง ข้อกำหนดการเชื่อมต่อกับเครือข่ายไฟฟ้า และความถี่ที่คาดว่าจะมีการเปลี่ยนตำแหน่งแทป ก่อนระบุอุปกรณ์ OLTC

5. การเลือกสถาปัตยกรรมสถานีไฟฟ้าย่อยแบบเพิ่มแรงดันสำหรับแผงเซลล์แสงอาทิตย์

5.1 สถานีไฟฟ้าย่อยแบบเพิ่มแรงดันรวมสำหรับแผงเซลล์แสงอาทิตย์และระบบเก็บพลังงานแบตเตอรี่

เอ สถานีไฟฟ้าย่อยแบบเพิ่มแรงดันสำหรับระบบพลังงานแสงอาทิตย์ รวมอุปกรณ์ไฟฟ้าที่จำเป็นสำหรับเชื่อมต่ออุปกรณ์พลังงานหมุนเวียนแรงดันต่ำเข้ากับเครือข่ายเก็บพลังงานแรงดันกลาง

ขึ้นอยู่กับการออกแบบ สถานีไฟฟ้าย่อยแบบรวมอาจประกอบด้วย:

• หม้อแปลงจ่ายไฟแบบเพิ่มแรงดัน

• อุปกรณ์สวิตช์เกียร์แรงดันปานกลาง หรือหน่วยควบคุมวงจรแบบริง (RMU)

• อุปกรณ์สวิตช์เกียร์แรงดันต่ำสำหรับสายเข้า

• อุปกรณ์ป้องกันและควบคุม

• อุปกรณ์วัดค่า

• ระบบป้องกันแรงดันกระชาก

• ระบบไฟฟ้าเสริม

• อินเทอร์เฟซสำหรับการตรวจสอบและการสื่อสาร

โซลูชันแบบบูรณาการสามารถลดจำนวนชิ้นส่วนที่ติดตั้งแยกกันในสนาม และทำให้การจัดวางอุปกรณ์เรียบง่ายยิ่งขึ้น

ประโยชน์ที่อาจเกิดขึ้นจากโครงการ ได้แก่ พื้นที่ติดตั้งที่ลดลง การเชื่อมต่อที่รวมกันไว้ล่วงหน้าในโรงงาน การประสานงานของอุปกรณ์ที่ดีขึ้น และการวางแผนการติดตั้งที่คล่องตัวยิ่งขึ้น

อย่างไรก็ตาม ตารางเวลาการติดตั้งสุดท้ายขึ้นอยู่กับงานโยธา การอนุมัติจากหน่วยงานสาธารณูปโภค การทดสอบในสถานที่ และแผนการก่อสร้างโดยรวม

5.2 สถานีไฟฟ้าย่อยแบบบูรณาการ เทียบกับการจัดเรียงอุปกรณ์แบบโมดูลาร์

ปัจจัยในการเลือกผลิตภัณฑ์	สถานีไฟฟ้าย่อยแบบเพิ่มแรงดันแบบบูรณาการ	การจัดวางอุปกรณ์แบบโมดูลาร์
การจัดวางอุปกรณ์	ชุดอุปกรณ์ที่รวมกันไว้ที่โรงงาน	หม้อแปลงและชุดสวิตช์เกียร์แยกต่างหาก
พื้นที่ใช้สอยบนไซต์งาน	อาจมีขนาดกะทัดรัด	ขึ้นอยู่กับระยะห่างระหว่างอุปกรณ์
การผสานเข้ากับโรงงาน	มีระดับของการประกอบล่วงหน้าสูงกว่า	อาจต้องประสานงานในไซต์งานมากขึ้น
การเข้าถึงการบํารุงรักษา	ต้องรวมเข้ากับการออกแบบโครงสร้างหุ้ม	สามารถจัดวางอุปกรณ์ให้ห่างกันได้มากขึ้น
การขยายตัวในอนาคต	ขึ้นอยู่กับการออกแบบแพ็กเกจ	มักให้ความยืดหยุ่นในการจัดผังมากขึ้น
แอปพลิเคชันทั่วไป	บล็อกพลังงานแสงอาทิตย์/ระบบเก็บพลังงานแบตเตอรี่และพื้นที่ขนาดกะทัดรัด	สถานีไฟฟ้าย่อยขนาดใหญ่หรือซับซ้อน

สำหรับโรงไฟฟ้าไฮบริดขนาดสาธารณูปโภค อาร์คิเทคเจอร์ของอุปกรณ์ควรเลือกตามปัจจัยด้านการบำรุงรักษา ความต้องการขยายระบบ ระยะปลอดภัยทางไฟฟ้า ความปลอดภัย และต้นทุนรวมในการติดตั้ง

5.3 การออกแบบหม้อแปลงไฟฟ้าแบบมีขดลวดแรงดันต่ำสองชุด

โรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์ร่วมกับระบบเก็บพลังงานแบตเตอรี่บางแห่งใช้หม้อแปลงไฟฟ้าที่มีขดลวดแรงดันต่ำแยกจากกันสำหรับอินเวอร์เตอร์พลังงานแสงอาทิตย์และอุปกรณ์ควบคุมระบบแบตเตอรี่ (PCS)

การจัดวางแบบนี้สามารถให้ส่วนต่อเชื่อมทางไฟฟ้าที่แยกจากกันสำหรับระบบแปลงพลังงานทั้งสองชุด ในขณะที่ใช้การเชื่อมต่อแรงดันกลางร่วมกัน

ข้อได้เปรียบที่อาจเกิดขึ้น ได้แก่

• การจัดวางส่วนต่อเชื่อมแรงดันต่ำแบบแยกอิสระ

• ความยืดหยุ่นที่สูงขึ้นในการเลือกแรงดันไฟฟ้าของขดลวด

• ลดความจำเป็นในการใช้อุปกรณ์รวมกระแสสลับภายนอกบางประเภท

• การออกแบบอิมพีแดนซ์และระบบกราวด์ที่เหมาะสมกับการใช้งานเฉพาะ

อย่างไรก็ตาม ขดลวดแยกต่างหากไม่สามารถให้การแยกฉนวนทางไฟฟ้าอย่างสมบูรณ์ระหว่างระบบที่เชื่อมต่อกันภายใต้เงื่อนไขการใช้งานทุกแบบ

ต้องประเมินกระแสลัดวงจร ความสัมพันธ์ระหว่างขดลวด การเปลี่ยนแปลงแรงดันชั่วคราว และการประสานงานของระบบป้องกัน โดยใช้แบบจำลองวงจรสมมูลของหม้อแปลงที่มีหลายขดลวด

ดังนั้น จึงควรระบุการออกแบบแบบมีขดลวดรองสองชุดตามค่ากำลังไฟฟ้าที่ต้องการ แรงดันของขดลวด กลุ่มเวกเตอร์ อิมพีแดนซ์ และลักษณะการทนต่อกระแสลัดวงจร

6. หม้อแปลง ระบบป้องกันสำหรับการดำเนินงานแบบรับ-ส่งพลังงานแสงอาทิตย์และแบตเตอรี่แบบสองทิศทาง

6.1 ระบบป้องกันกระแสเกินแบบมีทิศทาง

ระบบป้องกันแบบดั้งเดิมสำหรับเครือข่ายจำหน่ายอาจตั้งอยู่บนสมมุติฐานว่า กระแสลัดวงจรไหลจากแหล่งจ่ายของสาธารณูปโภคไปยังโหลดที่เชื่อมต่อเป็นหลัก

ระบบไฮบริด PV-BESS อาจสร้างเส้นทางการจ่ายกระแสลัดวงจรที่แตกต่างกัน ขึ้นอยู่กับโหมดการดำเนินงาน การควบคุมอินเวอร์เตอร์ และการจัดวางโครงข่าย

ฟังก์ชันการป้องกันกระแสเกินแบบมีทิศทาง เช่น ANSI 67 และ 67N อาจเหมาะสมในกรณีที่จำเป็นต้องแยกแยะทิศทางของกระแสลัดวงจร

ฟังก์ชันการป้องกันอื่นๆ อาจรวมถึง:

ฟังก์ชัน ANSI	ฟังก์ชันการป้องกัน	การพิจารณาการใช้งาน
50/51	การป้องกันกระแสเกินแบบทันที/แบบมีเวลา	การป้องกันข้อบกพร่องเฟส
50N/51N	การป้องกันกระแสเกินด้านกราวด์	การตรวจจับการลัดวงจรกับพื้นดิน
67/67N	การป้องกันกระแสเกินแบบมีทิศทาง	การแยกแยะข้อผิดพลาดเมื่อมีแหล่งที่มาหลายแหล่ง
87T	ต่างศักย์ของหม้อแปลงไฟฟ้า	การตรวจจับข้อผิดพลาดภายในหม้อแปลง
49	การป้องกันความร้อน	การติดตามภาวะโหลดเกินความร้อน
27/59	แรงดันต่ำเกิน/สูงเกิน	สภาวะแรงดันผิดปกติ
81U/81O	ความถี่ต่ำเกิน/สูงเกิน	ความผิดปกติของความถี่ระบบไฟฟ้า

การเลือกการป้องกันขึ้นอยู่กับขนาดหม้อแปลง รูปแบบการต่อสายดิน ข้อกำหนดของรหัสระบบไฟฟ้า และสถาปัตยกรรมของโรงงาน

ไม่ควรระบุการป้องกันแบบมีทิศทางเพียงเพราะกำลังไฟฟ้าเชิงใช้งานสามารถไหลย้อนกลับได้ ความจำเป็นในการใช้การป้องกันแบบมีทิศทางต้องพิจารณาจากผลการศึกษาการประสานงานของการป้องกัน

6.2 การป้องกันแรงดันกระชากและการประสานฉนวน

การติดตั้งแผงเซลล์แสงอาทิตย์และระบบเก็บพลังงานแบตเตอรี่อาจได้รับผลกระทบจากแรงดันกระชากที่เกิดจากฟ้าผ่า แรงดันกระชากจากการเปิด-ปิดวงจร และความผิดปกติของแรงดันไฟฟ้า

ระบบฉนวนของหม้อแปลงต้องสอดคล้องกับสภาพแวดล้อมทางไฟฟ้าที่คาดว่าจะเกิดขึ้น

พารามิเตอร์ที่สำคัญ ได้แก่:

• แรงดันสูงสุดสำหรับอุปกรณ์

• ระดับความทนทานต่อแรงดันกระชากจากฟ้าผ่า

• ระดับความทนทานต่อแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับที่ความถี่ระบบ

• ค่าพารามิเตอร์ของตัวจำกัดแรงดันกระชาก

• การจัดวางระบบต่อกราวด์

• ลักษณะฉนวนของสายเคเบิล

• สภาวะแรงดันกระชากจากการเปิด-ปิดวงจร

สามารถติดตั้งอุปกรณ์ป้องกันแรงดันกระชากชนิดเมทัล-ออกไซด์ได้ตามข้อกำหนดการประสานฉนวนของระบบ

การเลือกอุปกรณ์ควรพิจารณาจากระบบการต่อกราวด์ แรงดันใช้งานต่อเนื่องสูงสุด สภาวะแรงดันเกินชั่วคราว และสภาพแวดล้อมของแรงดันกระชากที่คาดว่าจะเกิดขึ้น

6.3 การตรวจสอบหม้อแปลงไฟฟ้าและการผสานเข้ากับระบบ SCADA

โครงการโรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์ร่วมกับแบตเตอรี่ขนาดใหญ่มักใช้ระบบควบคุมและเก็บรวบรวมข้อมูลแบบรวมศูนย์ (SCADA)

ขึ้นอยู่กับการออกแบบหม้อแปลงไฟฟ้าและความต้องการของโครงการ การตรวจสอบอาจประกอบด้วย:

• อุณหภูมิของน้ำมันบริเวณด้านบน

• การระบุหรือประมาณค่าอุณหภูมิของขดลวด

• ระดับของเหลว

• สถานะของอุปกรณ์ปล่อยแรงดันส่วนเกิน

• ระบบป้องกันการสะสมของก๊าซ (ถ้ามีการใช้งาน)

• สภาพของระบบระบายความร้อน

• การแจ้งเตือนและการติดต่อแบบตัดวงจร

รีเลย์บุคโฮลซ์มักใช้ร่วมกับหม้อแปลงแบบจุ่มของเหลวที่มีถังเก็บน้ำมัน (conservator-type) ที่เหมาะสม มากกว่าหม้อแปลงแบบปิดผนึกสำหรับการจ่ายไฟฟ้าทั่วไป

ข้อมูลการตรวจสอบสามารถเชื่อมต่อกับระบบ SCADA ระดับโรงงาน หรือระบบจัดการพลังงาน ผ่านอินเทอร์เฟซควบคุมที่เหมาะสม

การผสานรวมดังกล่าวสามารถสนับสนุนการตรวจสอบสภาพเครื่องจักร การวางแผนบำรุงรักษา และการมองเห็นสถานะการดำเนินงาน

7. มาตรฐาน IEEE และ IEC สำหรับ หม้อแปลงเพิ่มแรงดันสำหรับระบบ PV-BESS

โครงการพลังงานหมุนเวียนระดับนานาชาติจำเป็นต้องสอดคล้องกับมาตรฐานหม้อแปลงที่เกี่ยวข้องและข้อกำหนดการเชื่อมต่อกับโครงข่ายไฟฟ้าในพื้นที่

มาตรฐานต่อไปนี้ให้ข้อมูลอ้างอิงทางเทคนิคที่เกี่ยวข้อง

มาตรฐาน	สาขาปฏิบัติ	ความเกี่ยวข้องกับโครงการ PV-BESS
IEEE C57.159	คู่มือสำหรับหม้อแปลงไฟฟ้าในระบบผลิตไฟฟ้าจากพลังงานแสงอาทิตย์แบบกระจาย	แนวทางการใช้งานหม้อแปลงไฟฟ้าสำหรับอินเวอร์เตอร์พลังงานแสงอาทิตย์
IEEE C57.12.00	ข้อกำหนดทั่วไปสำหรับหม้อแปลงไฟฟ้าแบบจุ่มของเหลว	การสร้างและสมรรถนะของหม้อแปลงไฟฟ้า
IEEE C57.110	ความสามารถของหม้อแปลงไฟฟ้าภายใต้สภาวะกระแสโหลดที่ไม่เป็นคลื่นไซน์	การประเมินการสูญเสียจากฮาร์โมนิกและการโหลด
IEEE C57.91	การโหลดหม้อแปลงไฟฟ้าแบบจุ่มน้ำมันแร่	สมรรถนะด้านความร้อนและการเสื่อมสภาพของฉนวน
IEC 60076-1	ข้อกำหนดทั่วไปสำหรับหม้อแปลงไฟฟ้าแรงสูง	การให้คะแนนและข้อกำหนดทั่วไป
IEC 60076-2	การเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิสำหรับหม้อแปลงไฟฟ้าแบบจุ่มในของเหลว	การทดสอบความร้อนและขีดจำกัดที่ยอมรับได้
IEC 60076-5	ความสามารถในการทนต่อภาวะลัดวงจร	ข้อกำหนดในการทนต่อภาวะลัดวงจร
IEC 60076-7	คู่มือการโหลดสำหรับหม้อแปลงไฟฟ้าที่จุ่มในน้ำมันแร่	การประเมินวงจรโหลด
IEC 60076-16	หม้อแปลงไฟฟ้าสำหรับการใช้งานกับกังหันลม	เกี่ยวข้องโดยหลักกับหม้อแปลงไฟฟ้าเพิ่มแรงดันสำหรับกังหันลม
IEEE 1547	การเชื่อมต่อแหล่งพลังงานกระจาย	ข้อกำหนดด้านอินเทอร์เฟซกับระบบส่งไฟฟ้าสำหรับแหล่งพลังงานกระจาย ภายในขอบเขตของเอกสารฉบับนี้

IEC/IEEE 60076-16 ถูกจัดทำขึ้นโดยเฉพาะสำหรับการใช้งานหม้อแปลงไฟฟ้าแบบเพิ่มแรงดันในกังหันลม ไม่ควรนำเสนอว่าเป็นมาตรฐานเฉพาะสำหรับหม้อแปลงไฟฟ้าแบบรวมพลังงานแสงอาทิตย์และแบตเตอรี่

เช่นเดียวกัน IEEE C57.159 ให้คำแนะนำสำหรับการใช้งานหม้อแปลงไฟฟ้าแบบกระจายสำหรับพลังงานแสงอาทิตย์ แต่ไม่สามารถแทนที่มาตรฐานทั่วไปสำหรับการออกแบบ ทดสอบ และเชื่อมต่อกับระบบส่งไฟฟ้าได้

สำหรับการติดตั้งแบบผสม วิศวกรควรระบุข้อกำหนดที่เกี่ยวข้องแยกต่างหาก และยืนยันว่าบทบัญญัติเฉพาะนั้นมีความเกี่ยวข้องกับรูปแบบหม้อแปลงไฟฟ้าที่เลือกหรือไม่

8. การเลือกของเหลวฉนวนสำหรับหม้อแปลงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์และระบบเก็บพลังงานแบตเตอรี่

การเลือกของเหลวฉนวนมีผลต่อประสิทธิภาพด้านไดอิเล็กทริก การถ่ายเทความร้อน การป้องกันอัคคีภัย และปัจจัยด้านสิ่งแวดล้อม

8.1 หม้อแปลงไฟฟ้าที่ใช้น้ำมันแร่

น้ำมันแร่ยังคงเป็นสารฉนวนและสารหล่อเย็นที่ใช้กันอย่างแพร่หลายสำหรับหม้อแปลงไฟฟ้าแบบจุ่มในของเหลว

ข้อได้เปรียบของมัน ได้แก่ กระบวนการผลิตที่มีมาตรฐานแล้ว ความพร้อมใช้งานสูง ประสบการณ์การใช้งานจริงที่พิสูจน์แล้ว และต้นทุนเริ่มต้นโดยทั่วไปที่แข่งขันได้

8.2 ของเหลวฉนวนเอสเทอร์ธรรมชาติ

ของเหลวฉนวนเอสเทอร์ธรรมชาติกำลังได้รับการพิจารณาเพิ่มมากขึ้นสำหรับการติดตั้งในสถานที่ที่ความปลอดภัยจากอัคคีภัยและประสิทธิภาพด้านสิ่งแวดล้อมมีความสำคัญ

เมื่อเปรียบเทียบกับน้ำมันฉนวนแร่แบบดั้งเดิม ของเหลวเอสเทอร์ธรรมชาติที่เหมาะสมโดยทั่วไปให้ข้อได้เปรียบดังนี้

• จุดติดไฟสูงกว่า

• คุณสมบัติย่อยสลายได้ทางชีวภาพที่ดี

• คุณสมบัติการจัดการความชื้นที่แตกต่างกัน

• ข้อได้เปรียบที่อาจเกิดขึ้นในแอปพลิเคชันที่ไวต่ออัคคีภัยเป็นพิเศษ

ของเหลวเอสเทอร์ธรรมชาติเชิงพาณิชย์บางชนิดมีจุดติดไฟสูงกว่า 300 องศาเซลเซียส

อย่างไรก็ตาม ของเหลวที่เลือกต้องเข้ากันได้กับระบบฉนวนหม้อแปลง ซีล อุปกรณ์ระบายความร้อน และขั้นตอนการบำรุงรักษา

การเลือกของเหลวควรพิจารณาข้อกำหนดด้านการป้องกันอัคคีภัยที่เกี่ยวข้อง ข้อกำหนดด้านการกักเก็บ และข้อกำหนดด้านสิ่งแวดล้อมของโครงการด้วย

ไม่ควรเลือกของเหลวเอสเทอร์จากธรรมชาติหรือน้ำมันแร่โดยพิจารณาเพียงคุณสมบัติด้านประสิทธิภาพเดียว

9. การคำนวณขนาดหม้อแปลงอย่างเป็นรูปธรรมสำหรับโครงการพลังงานแสงอาทิตย์ผสมผสานกับระบบเก็บพลังงานแบตเตอรี่

พิจารณาตัวอย่างการติดตั้งแบบผสมผสานที่มีพารามิเตอร์การออกแบบดังนี้

• กำลังขาออกของอินเวอร์เตอร์พลังงานแสงอาทิตย์: 3 เมกะวัตต์

• กำลังขาออกของหน่วยควบคุมระบบเก็บพลังงานแบตเตอรี่ (PCS): 2 เมกะวัตต์

• กำลังขาเข้าของหน่วยควบคุมระบบเก็บพลังงานแบตเตอรี่ (PCS): 2 เมกะวัตต์

• ระบบรวมแรงดันกลาง: 35 กิโลโวลต์

• การจัดวางระบบรวมกระแสสลับแบบทั่วไป

หากระบบควบคุมอนุญาตให้ระบบพลังงานแสงอาทิตย์และระบบเก็บพลังงานแบตเตอรี่ส่งออกกำลังไฟฟ้าใช้งานสูงสุดพร้อมกัน กำลังรวมที่ได้จะมีค่าเท่ากับ:

3 เมกะวัตต์ + 2 เมกะวัตต์ = 5 เมกะวัตต์

โดยสมมุติค่าเพาเวอร์แฟกเตอร์เท่ากับ 0.95 ความต้องการกำลังปรากฏโดยประมาณจะเป็น:

S = P ÷ PF

S = 5,000 กิโลวัตต์ ÷ 0.95 = 5,263 กิโลโวลต์-แอมแปร์

ดังนั้น การประเมินทางวิศวกรรมเบื้องต้นอาจพิจารณาหม้อแปลงที่มีอันดับกำลังสูงกว่าค่ากำลังปรากฏที่คำนวณได้นี้ โดยขึ้นอยู่กับภาระงานในการใช้งานที่ต้องการ สภาพการระบายความร้อน และมาตรฐานที่เกี่ยวข้อง

อย่างไรก็ตาม การเลือกหม้อแปลงจริงต้องพิจารณาปัจจัยเพิ่มเติมอื่นๆ ด้วย

ตัวอย่างเช่น หากตัวควบคุมโรงไฟฟ้าจำกัดการส่งออกทั้งหมดไว้ที่ 4 เมกะวัตต์ ความต้องการโหลดของหม้อแปลงที่สอดคล้องกันอาจแตกต่างออกไป

ในทำนองเดียวกัน การชาร์จแบตเตอรี่อาจสร้างสถานการณ์การไหลของกำลังเพิ่มเติม ขึ้นอยู่กับว่าพลังงานมาจากการผลิตไฟฟ้าจากแสงอาทิตย์ เครือข่ายไฟฟ้า หรือทั้งสองแหล่งร่วมกัน

อันดับกำลังสุดท้ายของหม้อแปลงควรกำหนดจากเมทริกซ์การใช้งานแบบครบถ้วน ซึ่งรวมถึง:

1. การส่งออกสูงสุดพร้อมกันของแผงโซลาร์เซลล์และระบบเก็บพลังงานแบตเตอรี่

2. การนำเข้าพลังงานจากโครงข่ายสูงสุดที่ได้รับอนุญาต

3. ขีดจำกัดการปฏิบัติงานของกำลังไฟฟ้าปฏิกิริยา

4. ภาระฮาร์โมนิก

5. ภาระเสริมของหม้อแปลงไฟฟ้า

6. อุณหภูมิแวดล้อม.

7. การขยายกำลังการผลิตในอนาคต

8. เงื่อนไขการใช้งานเกินโหลดที่ได้รับอนุญาต

สำหรับหม้อแปลงไฟฟ้าแบบหลายขดลวด แต่ละขดลวดจะต้องได้รับการประเมินแยกต่างหากตามค่าอันดับและขีดจำกัดกระแสไฟฟ้าเฉพาะของขดลวดนั้น

หลักการสำคัญคือ การเลือกขนาดหม้อแปลงไฟฟ้าให้สอดคล้องกับสภาวะการใช้งานสูงสุดที่อาจเกิดขึ้นจริงทั้งด้านไฟฟ้าและด้านความร้อน ไม่ใช่เพียงแค่ผลรวมของค่าระบุบนป้ายชื่อของอุปกรณ์ทั้งหมดที่ติดตั้งไว้

10. โซลูชันหม้อแปลงไฟฟ้าแบบเพิ่มแรงดันสำหรับระบบ PV-BESS แบบปรับแต่งพิเศษโดย Jiangsu Dingxin Electric

Jiangsu Dingxin Electric เป็นผู้ผลิตหม้อแปลงไฟฟ้าแบบจ่ายไฟฟ้า หม้อแปลงไฟฟ้ากำลัง และสถานีไฟฟ้าย่อยแบบสำเร็จรูป ซึ่งให้บริการตลาดโครงสร้างพื้นฐานด้านไฟฟ้าระดับนานาชาติ

ด้วยประสบการณ์ในอุตสาหกรรมหม้อแปลงมากกว่า 30 ปี ติงซินให้บริการสนับสนุนด้านวิศวกรรมที่เน้นการผลิตและการประยุกต์ใช้งานสำหรับโครงการพลังงานหมุนเวียน ระบบจ่ายไฟฟ้าเชิงอุตสาหกรรม และโครงการสาธารณูปโภค

10.1 หม้อแปลงแบบปรับแต่งพิเศษสำหรับโครงการพลังงานแสงอาทิตย์และระบบเก็บพลังงานแบตเตอรี่

การใช้งาน PV และ BESS มักต้องการรูปแบบการเชื่อมต่อทางไฟฟ้าที่แตกต่างจากโครงการจ่ายไฟฟ้าเชิงพาณิชย์ทั่วไป

ติงซินทำงานร่วมกับลูกค้าเพื่อทบทวนข้อกำหนดเฉพาะของแต่ละโครงการ ซึ่งรวมถึง:

• ค่าแรงดันไฟฟ้าสูงปานกลางของหม้อแปลง

• รูปแบบการเชื่อมต่ออินเวอร์เตอร์พลังงานแสงอาทิตย์ (PV inverter) และอุปกรณ์ควบคุมระบบเก็บพลังงานแบตเตอรี่ (BESS PCS)

• ชุดค่าแรงดันไฟฟ้าด้านปฐมภูมิและทุติยภูมิ

• ขดลวดแรงดันต่ำแบบเดี่ยวหรือหลายชุด

• กลุ่มเวกเตอร์ของหม้อแปลง

• ข้อกำหนดด้านอิมพีแดนซ์

• การเลือกของเหลวที่ใช้เป็นฉนวน

• ระบบระบายความร้อน

• การจัดวางตู้ติดตั้งภายนอกอาคาร

• อุปกรณ์เสริมสำหรับการป้องกันและตรวจสอบ

สำหรับโครงการที่ใช้ระบบรวมแรงดันไฟฟ้าระดับ 35 กิโลโวลต์ สามารถพิจารณาออกแบบสถานีไฟฟ้าย่อยแบบบูรณาการที่ปรับแต่งเฉพาะตามแรงดันไฟฟ้า กำลังไฟฟ้า การจัดเรียงอุปกรณ์สวิตช์เกียร์ และเงื่อนไขการติดตั้งที่ต้องการ

10.2 การสนับสนุนด้านวิศวกรรมสำหรับการไหลย้อนกลับของพลังงาน

การผสานระบบแผงเซลล์แสงอาทิตย์กับแบตเตอรี่อย่างเชื่อถือได้ จำเป็นต้องมีการประสานงานระหว่างการออกแบบหม้อแปลงไฟฟ้ากับวิศวกรรมไฟฟ้าในระดับระบบ

ในระหว่างการทบทวนข้อกำหนดทางเทคนิค สิ่งที่ควรพิจารณาอย่างสำคัญ ได้แก่

การประเมินด้านความร้อน ประเมินวงจรการโหลด อุณหภูมิแวดล้อม และการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิที่ขดลวด

การประเมินฮาร์โมนิก: ทบทวนข้อมูลฮาร์โมนิกจากอินเวอร์เตอร์และระบบควบคุมพลังงาน (PCS) เพื่อกำหนดว่าจำเป็นต้องมีการคำนวณการสูญเสียเพิ่มเติมหรือข้อกำหนดในการออกแบบเพิ่มเติมหรือไม่

โครงสร้างทางไฟฟ้า: จับคู่แรงดันของขดลวด ความต้านทานเชิงซ้อน กลุ่มเวกเตอร์ และการจัดวางระบบกราวด์ให้สอดคล้องกับระบบพลังงานไฮบริด

ความเข้ากันได้ของระบบป้องกัน: ประสานข้อกำหนดการป้องกันหม้อแปลงกับระบบรีเลย์และระบบการต่อ-แยกวงจรของระบบ

การทดสอบและเอกสารประกอบ: กำหนดข้อกำหนดที่เกี่ยวข้องตามมาตรฐาน IEEE/IEC เกณฑ์การรับรองที่โรงงาน และเอกสารทางเทคนิคก่อนเริ่มการผลิต

Dingxin สามารถสนับสนุนการอภิปรายเกี่ยวกับข้อกำหนดหม้อแปลงแบบเฉพาะสำหรับผู้รับเหมา EPC ด้านพลังงานแสงอาทิตย์ ผู้พัฒนาพลังงานหมุนเวียน และพันธมิตรในการรวมระบบ BESS

ค่าอันดับของผลิตภัณฑ์จริง สถานะการปฏิบัติตามมาตรฐาน ขอบเขตการทดสอบ และรูปแบบที่มีให้ ควรยืนยันโดยอ้างอิงจากเอกสารทางเทคนิคเฉพาะโครงการ

11. คำถามที่พบบ่อยเกี่ยวกับหม้อแปลงเพิ่มแรงดันสำหรับระบบ PV-BESS

ตัวแปลงไฟฟ้าแบบกระแสไฟฟ้าไหลสองทิศทางคืออะไร

ตัวแปลงไฟฟ้าแบบกระแสไฟฟ้าไหลสองทิศทางคืออุปกรณ์แปลงไฟฟ้าที่ใช้ในระบบไฟฟ้าซึ่งกำลังจริงสามารถไหลได้ทั้งสองทิศทาง

ตัวแปลงไฟฟ้าแบบ AC แบบดั้งเดิมโดยทั่วไปสามารถส่งผ่านกำลังไฟฟ้าได้ทั้งสองทิศทาง แต่การประยุกต์ใช้พลังงานหมุนเวียนแบบไฮบริดอาจจำเป็นต้องประเมินเพิ่มเติมเกี่ยวกับรอบการโหลด ฮาร์โมนิก การควบคุมแรงดันไฟฟ้า และระบบป้องกัน

ตัวแปลงไฟฟ้าแบบขั้นสูงสำหรับระบบเก็บพลังงานแบตเตอรี่ (BESS) แตกต่างจากตัวแปลงไฟฟ้าสำหรับระบบโซลาร์เซลล์แบบดั้งเดิมอย่างไร

ตัวแปลงไฟฟ้าแบบขั้นสูงสำหรับระบบเก็บพลังงานแบตเตอรี่ (BESS) อาจทำงานภายใต้สภาวะการชาร์จ การคายประจุ สภาวะพร้อมใช้งาน และการสนับสนุนกำลังไฟฟ้าปฏิบัติ

เมื่อเปรียบเทียบกับการใช้งานระบบผลิตไฟฟ้าจากพลังงานแสงอาทิตย์แบบดั้งเดิม โพรไฟล์การใช้งานของมันอาจเกี่ยวข้องกับรอบการโหลดที่ต่างกันและข้อกำหนดด้านคุณภาพของกำลังไฟฟ้าที่ไม่เหมือนกัน

การออกแบบตัวแปลงไฟฟ้าควรสอดคล้องกับลักษณะเฉพาะของอุปกรณ์ PCS จริงและเงื่อนไขการใช้งานของระบบ

ตัวแปลงไฟฟ้าตัวเดียวสามารถเชื่อมต่อกับอินเวอร์เตอร์ PV และอุปกรณ์ PCS ของระบบเก็บพลังงานแบตเตอรี่ (BESS) ได้หรือไม่

ใช่ อาจมีการจัดวางหม้อแปลงร่วมกันได้ หากสถาปัตยกรรมระบบไฟฟ้า ค่าอันดับของขดลวด ระดับแรงดันไฟฟ้า การประสานงานระบบป้องกัน และความสามารถในการจัดการความร้อนได้รับการออกแบบอย่างเหมาะสม

ตัวเลือกรวมถึงบัสแรงดันต่ำร่วมกัน หรือการออกแบบหม้อแปลงแบบมีหลายขดลวด

การไหลย้อนกลับของกำลังไฟฟ้าทำให้เกิดภาวะอิ่มตัวของแกนหม้อแปลงหรือไม่

ไม่ได้ด้วยตัวเอง

ภาวะอิ่มตัวของแกนหม้อแปลงสัมพันธ์กับสภาวะการทำงานแม่เหล็ก เช่น อัตราส่วนแรงดันต่อความถี่สูงเกินไป แรงดันกระแสตรงรบกวน (DC bias) หรือสภาวะชั่วคราวบางประการ

ทิศทางปกติของการไหลของกำลังไฟฟ้ากระแสสลับเพียงอย่างเดียวไม่ก่อให้เกิดภาวะอิ่มตัวของแกนหม้อแปลงโดยธรรมชาติ

จำเป็นต้องใช้หม้อแปลงชนิด K-factor สำหรับการติดตั้งระบบเก็บพลังงานแบตเตอรี่ (BESS) หรือไม่

ไม่จำเป็น ควรประเมินภาระฮาร์โมนิกโดยใช้สเปกตรัมกระแสจริงจากอุปกรณ์แปลงกำลัง (PCS) และวิธีการออกแบบหม้อแปลงที่เกี่ยวข้อง

ไม่ควรสมมุติว่าการระบุค่า K-factor เฉพาะนั้นจำเป็นสำหรับหม้อแปลง BESS แบบจุ่มในของเหลวทุกตัว

จำเป็นต้องใช้หม้อแปลงแบบปรับแรงดันขณะจ่ายโหลด (OLTC) สำหรับสถานีแปลงแรงดันขึ้นสำหรับระบบพลังงานแสงอาทิตย์ร่วมกับระบบเก็บพลังงานแบตเตอรี่ (PV-BESS) หรือไม่

ไม่จำเป็นเสมอไป

ความต้องการของอุปกรณ์ปรับแต่งแรงดันแบบมีโหลด (OLTC) ขึ้นอยู่กับสภาวะแรงดันของระบบไฟฟ้า ความสามารถของอินเวอร์เตอร์ในการจ่ายกำลังงานปฏิบัติภาระ กลยุทธ์การควบคุมแรงดันของเครือข่าย และข้อกำหนดเฉพาะของโครงการ

การติดตั้งจำนวนมากใช้ระบบปรับแต่งแรงดันขณะไม่มีกระแสไฟฟ้าร่วมกับการควบคุมแรงดันที่ระดับอินเวอร์เตอร์และระดับระบบไฟฟ้าอย่างเหมาะสม

มาตรฐานใดบ้างที่ใช้บังคับกับหม้อแปลงสำหรับระบบพลังงานแสงอาทิตย์ร่วมกับแบตเตอรี่เก็บพลังงาน (PV-BESS)

เอกสารอ้างอิงที่เกี่ยวข้องอาจรวมถึง IEEE C57.159, IEEE C57.12.00, IEEE C57.110, IEC 60076-1, IEC 60076-2, IEC 60076-5 และคู่มือการโหลดที่เกี่ยวข้อง

ข้อกำหนดการเชื่อมต่อกับระบบไฟฟ้าสาธารณะจำเป็นต้องพิจารณาแยกต่างหาก

ผู้ผลิตหม้อแปลงสามารถสนับสนุนโครงการพลังงานแสงอาทิตย์ร่วมกับแบตเตอรี่เก็บพลังงานแบบผสมผสานได้อย่างไร

ผู้ผลิตสามารถให้การสนับสนุนในด้านการเลือกหม้อแปลงที่สอดคล้องกับความต้องการเฉพาะของโครงการ การจัดเรียงขดลวด การประเมินการสูญเสียพลังงาน การออกแบบฉนวน การประเมินสมรรถนะทางความร้อน การเลือกอุปกรณ์เสริม และเอกสารการทดสอบที่โรงงาน

ข้อกำหนดสุดท้ายของอุปกรณ์ควรประสานงานร่วมกันระหว่างผู้รับเหมา EPC ผู้จัดจำหน่ายอุปกรณ์แปลงพลังงาน (PCS) วิศวกรระบบไฟฟ้า และผู้ผลิตหม้อแปลง

12. บทสรุป: การออกแบบที่เชื่อถือได้ โครงสร้างพื้นฐานด้านพลังงานไฟฟ้าสำหรับระบบพลังงานแสงอาทิตย์ร่วมกับแบตเตอรี่

เมื่อการผลิตไฟฟ้าจากพลังงานแสงอาทิตย์และการจัดเก็บพลังงานด้วยแบตเตอรี่มีการผสานรวมกันมากขึ้น การเลือกหม้อแปลงไฟฟ้าจึงเปลี่ยนแปลงไปจากเดิมที่พิจารณาเพียงแค่กำลังไฟฟ้าตามป้ายชื่อและค่าแรงดันไฟฟ้าที่ตรงกันเท่านั้น

เชื่อถือได้ สถานีไฟฟ้าย่อยแบบเพิ่มแรงดันสำหรับระบบพลังงานแสงอาทิตย์ ต้องรองรับลักษณะการปฏิบัติงานของระบบพลังงานหมุนเวียนแบบผสมผสาน ขณะเดียวกันก็รักษาสมรรถนะด้านความร้อน ฉนวนไฟฟ้า และไฟฟ้าให้อยู่ในระดับที่เหมาะสม

ประเด็นวิศวกรรมที่สำคัญ ได้แก่

• การไหลของกำลังไฟฟ้าใช้งานและกำลังไฟฟ้าปฏิกิริยาแบบสองทิศทาง

• รูปแบบการชาร์จและปล่อยประจุที่แปรผัน

• ลักษณะของกระแสฮาร์โมนิก

• การรับโหลดความร้อนของหม้อแปลงไฟฟ้าและการเสื่อมสภาพของฉนวน

• การควบคุมแรงดันไฟฟ้าและการเลือกตำแหน่งแท็ป

• กระแสลัดวงจรจากแหล่งจ่ายหลายแหล่งและการประสานงานระบบป้องกัน

• มาตรฐาน IEEE/IEC ที่เกี่ยวข้อง

• ข้อกำหนดด้านความน่าเชื่อถือในระยะยาวและการบำรุงรักษา

สำหรับโครงการพลังงานหมุนเวียนขนาดใหญ่ การประสานงานล่วงหน้าระหว่างผู้ผลิตหม้อแปลง ผู้รับเหมา EPC ผู้จัดจำหน่าย PCS และวิศวกรของบริษัทไฟฟ้า จะช่วยลดความเสี่ยงในการบูรณาการและเพิ่มความเข้ากันได้ของอุปกรณ์

ขอรับหม้อแปลงแบบ Step-Up สำหรับระบบ PV-BESS ที่ออกแบบเฉพาะ

กำลังออกแบบโครงการพลังงานแสงอาทิตย์รวมระบบเก็บพลังงาน หรือปรับปรุงสถานีไฟฟ้าย่อยพลังงานหมุนเวียนที่มีอยู่แล้วหรือไม่

เจียงซู ติงซิน อิเล็กทริก ให้บริการโซลูชันหม้อแปลงที่ออกแบบเฉพาะและสถานีไฟฟ้าย่อยแบบบูรณาการ สำหรับการผลิตไฟฟ้าจากพลังงานแสงอาทิตย์ ระบบเก็บพลังงานแบตเตอรี่ และการจ่ายไฟฟ้าแรงกลาง

ทีมงานของเราสามารถตรวจสอบข้อกำหนดด้านไฟฟ้าของท่าน รวมถึงกำลังของหม้อแปลง แรงดันระบบ รูปแบบขดลวด อุปกรณ์ป้องกันเสริม และมาตรฐานวิศวกรรมที่ใช้บังคับ

ติดต่อ ติงซิน อิเล็กทริก เพื่อขอให้ทบทวนข้อกำหนดเฉพาะโครงการสำหรับหม้อแปลง หรือส่งคำขอข้อมูลทางเทคนิค (RFQ)

เว็บไซต์: https://www.dishinelectric.com/