Обеспечение стабильности сети: трансформаторы для возобновляемых источников энергии

Jul 10, 2023

Трансформаторы являются важнейшими компонентами, которые объединяют вырабатываемую мощность и повышают уровень ее напряжения на станции объединения перед синхронизацией и подачей ее в систему передачи между штатами или внутри штата. Их доступность и долговечность могут существенно повлиять на надежность сети и улучшить контроль напряжения даже при прерывистом питании. После Парижского соглашения и саммита COP26 страны всего мира поставили перед собой амбициозные цели в области возобновляемых источников энергии. С ростом проникновения возобновляемых источников энергии большие колебания нагрузки в относительно короткие сроки стали неизбежными, что влияет как на передающие, так и на распределительные сети (T&D). Сложность электрической сети еще больше усугубляется нелинейными нагрузками от центров обработки данных и зарядных станций электромобилей, среди других факторов. Чтобы преодолеть эту проблему, набирает обороты внедрение специализированных трансформаторов для распределенной фотоэлектрической (PV) и ветровой генерации.

Технологические возможности

Наиболее распространенным типом трансформатора, используемого в возобновляемых источниках энергии, является инверторный трансформатор. Постоянный ток (DC), генерируемый фотоэлектрическими элементами, преобразуется в переменный ток (AC) с помощью инверторов, а мощность переменного тока подключается к электросети через повышающий трансформатор. Они синхронизируют выходную мощность переменного тока с фазовой частотой и напряжением существующей сети, чтобы подавать фотоэлектрическую энергию в сеть. Фотоэлектрические инверторы высокоэффективны и вводят в сеть минимальный постоянный ток, гармоники или реактивную мощность. Однако солнечные энергетические системы сталкиваются с проблемами проектирования из-за ограниченного размера солнечного инвертора, самый большой из которых составляет около 500 кВА. Ограничения на размер инвертора также налагают ограничения на размер фотоэлектрических систем. В результате развитие инверторной технологии идет медленно.

Изолирующие трансформаторы обычно используются для защиты инверторов от скачков напряжения на стороне сети и предотвращения попадания постоянного тока из инвертора в сеть. Многие модели инверторов оснащены встроенными изолирующими трансформаторами. Однако из-за их повышенной стоимости и снижения эффективности многие предпочитают приобретать инверторы без них. Изолирующие трансформаторы не требуются, если в фотоэлектрической системе используется другой трансформатор, например повышающий трансформатор.

Для обработки и передачи значительных объемов электроэнергии от установок переменной возобновляемой энергии набирают обороты как трансформаторы сухого типа, так и трансформаторы с жидкостным наполнением. В трансформаторе сухого типа обмотки и сердечник заключены в герметичный резервуар, наполненный воздухом или газом под давлением. Эти трансформаторы используются для подключения возобновляемых источников энергии к сети или к нагрузке, например, ветряным турбинам, солнечным панелям и гидроэлектростанциям. Между тем, в жидкостных трансформаторах используются жидкости на минеральном масле, синтетических эфирах и натуральных эфирах. Это делает их подходящими для широкого спектра применений: от жилых до коммерческих и промышленных солнечных установок на крыше, а также от наземных или наземных ветровых установок до морских башенных или гондолных ветровых установок.

Кроме того, в ближайшие годы увеличение количества установок на крышах приведет к тому, что больше потребителей будут готовы продавать электроэнергию в сеть в течение дня и снимать электроэнергию в непиковые часы. Переход на интеллектуальные трансформаторы обеспечит двунаправленный поток энергии от сети к зданиям, а также от потребителей в сеть. Это обеспечит подачу электроэнергии потребителям, которые в ней нуждаются в часы пик, по конкурентоспособным ценам, что устраняет необходимость. Умные трансформаторы также позволят сетям стать более устойчивыми к волатильности и нестабильности сети различного рода.

Твердотельные трансформаторы (SST) состоят из схем управления, мощных полупроводников и высокочастотных трансформаторов. Эти трансформаторы обеспечивают плавное преобразование переменного тока в постоянный и постоянный в переменный, а также обеспечивают больший контроль над сетями распределения электроэнергии. При интеграции в энергосистему SST самостоятельно управляют изменениями напряжения. Эти трансформаторы более прочны, надежны, эффективны и относительно менее дороги по сравнению с обычными трансформаторами. SST чаще всего используются в возобновляемых источниках энергии, таких как солнечная и ветровая энергия, а также в тяговых локомотивах. Более того, ожидается, что стареющая инфраструктура передачи и распределения будет способствовать росту рынка SST.