幹式變壓器在可再生能源中的應用！
用yong於yu可ke再zai生sheng能neng源yuan應ying用yong的de幹gan式shi變bian壓ya器qi在zai未wei來lai世shi界jie上shang發fa電dian容rong量liang的de增zeng加jia將jiang主zhu要yao集ji中zhong在zai太tai陽yang能neng光guang伏fu發fa電dian和he風feng力li發fa電dian。這zhe些xie光guang伏fu隔ge離li變bian壓ya器qi和he風feng力li發fa電dian勵li磁ci變bian壓ya器qi的de特te殊shu運yun行xing和he性xing能neng要yao求qiu有you不bu同tong的de設she計ji和he分fen析xi技ji術shu。本ben文wen件jian涵han蓋gai了le這zhe些xie設she計ji要yao求qiu。本ben文wen還hai簡jian要yao介jie紹shao了le智zhi能neng電dian網wang發fa展zhan的de新xin情qing況kuang以yi及ji這zhe些xie變bian壓ya器qi在zai智zhi能neng電dian網wang中zhong的de應ying用yong！
引文作者:上海蓋能電氣市場部（專注幹式變壓器30年）電話：189 1886 3098（微信同號）
一：光伏發電和風力發電介紹
近jin幾ji年nian來lai，可ke再zai生sheng能neng源yuan發fa展zhan迅xun速su，特te別bie是shi分fen布bu式shi光guang伏fu發fa電dian和he風feng力li發fa電dian。光guang伏fu和he風feng力li發fa電dian不bu需xu要yao水shui，而er且qie可ke以yi安an裝zhuang在zai土tu地di不bu適shi合he農nong業ye的de地di方fang。據ju估gu計ji，到dao2040年，至少有40%的發電來自可再生能源，這將大大減少目前約100億噸的二氧化碳排放量一年。變壓器行業正麵臨著這一挑戰，並開發了用於DPV發fa電dian和he風feng力li發fa電dian的de專zhuan用yong變bian壓ya器qi，本ben文wen著zhe重zhong討tao論lun了le這zhe些xie變bian壓ya器qi的de設she計ji挑tiao戰zhan。在zai未wei來lai，光guang伏fu隔ge離li變bian壓ya器qi和he風feng力li發fa電dian變bian壓ya器qi的de設she計ji和he建jian造zao將jiang成cheng為wei演yan進jin智zhi能neng電dian網wang的de一yi個ge組zu成cheng部bu分fen，這zhe一yi方fang麵mian也ye將jiang簡jian要yao介jie紹shao。
二：分布式光伏發電用變壓器
電能是利用光伏電池將太陽能轉換成直流電而產生的。所產生的直流電由逆變器轉換為交流電（AC），交流電由升壓變壓器連接至電網。適用於分布式光伏發電變壓器的國際標準為IEEEC57.159 2016“分布式光伏發電用變壓器的IEEE指南係統“目前，逆變器係統的額定功率和電壓水平存在限製，因此一個或多個逆變器連接到相同數量的升壓變壓器。雖然最常見的配置是2到3秒，但目前也生產了6個二次繞組的幹式隔離變壓器。
逆變器製造商現在正在開發功率和電壓更高的逆變器，這將在未來提高變壓器的MVA額定值，減少所需的二次繞組數量。以下段落給出了逆變器供電工作用變壓器的設計要求。
滿足光伏變壓器和風力變壓器使用條件所需的特殊設計特點
A、 非對稱負載和電壓
逆(ni)變(bian)器(qi)電(dian)壓(ya)和(he)負(fu)載(zai)電(dian)流(liu)到(dao)變(bian)壓(ya)器(qi)的(de)三(san)相(xiang)可(ke)能(neng)不(bu)平(ping)衡(heng)。如(ru)果(guo)光(guang)伏(fu)隔(ge)離(li)變(bian)壓(ya)器(qi)和(he)風(feng)力(li)發(fa)電(dian)勵(li)磁(ci)變(bian)壓(ya)器(qi)由(you)一(yi)個(ge)以(yi)上(shang)的(de)逆(ni)變(bian)器(qi)供(gong)電(dian)，則(ze)其(qi)中(zhong)一(yi)個(ge)逆(ni)變(bian)器(qi)會(hui)失(shi)去(qu)作(zuo)用(yong)，這(zhe)會(hui)造(zao)成(cheng)繞(rao)組(zu)負(fu)載(zai)不(bu)平(ping)衡(heng)。不(bu)平(ping)衡(heng)的(de)電(dian)壓(ya)和(he)電(dian)流(liu)會(hui)產(chan)生(sheng)過(guo)大(da)的(de)漏(lou)磁(ci)通(tong)、zasansunhaoyijiraozuheyouxiangguore，weilejianxiaobupinghengdeyingxiang，jianyicaiyongdengfenliegaoyaraozushudechuizhidiefangsongsanouhediyaraozu。zukangtexingjianggenjunibianqixitonghelianjiedaobianyaqidenibianqishulianglaidingyi。
B、 繞組中存在直流電
這是一種可能的情況，直流電可以進入逆變器供電的繞組，從而增加磁芯磁化電流和浪湧電流峰值。
C.逆變器輸出的波形
連接到一個變壓器的2個或多個逆變器的波形可能不同步。這會導致波形和諧波的變化以及磁通的幹擾。
D.低壓繞組上的快速上升脈衝波形
逆變器產生對地脈衝輸出，脈衝可以達到500伏/微秒的上升率（D V/dt）。低di壓ya繞rao組zu絕jue緣yuan必bi須xu設she計ji為wei在zai變bian壓ya器qi的de設she計ji壽shou命ming內nei承cheng受shou治zhi療liao後hou的de上shang升sheng電dian壓ya。在zai低di壓ya和he高gao壓ya繞rao組zu之zhi間jian設she置zhi靜jing電dian屏ping蔽bi，以yi隔ge離li高gao壓ya繞rao組zu和he快kuai速su上shang升sheng的de電dian壓ya對dui低di壓ya的de影ying響xiang。屏ping蔽bi層ceng作zuo為wei一yi個ge附fu加jia的dedv/dt濾波器，過濾脈衝逆變器輸出的電壓梯度。它還減少了從高壓繞組到低壓繞組的轉換。
在zai此ci背bei景jing下xia，需xu要yao注zhu意yi的de是shi，逆ni變bian器qi不bu需xu要yao在zai幹gan式shi變bian壓ya器qi的de一yi次ci繞rao組zu和he二er次ci繞rao組zu之zhi間jian進jin行xing靜jing電dian屏ping蔽bi。為wei了le檢jian驗yan快kuai速su上shang升sheng的de暫zan態tai過guo程cheng對dui低di壓ya繞rao組zu絕jue緣yuan壽shou命ming的de影ying響xiang，可ke以yi對dui原yuan型xing低di壓ya繞rao組zu絕jue緣yuan進jin行xing加jia速su老lao化hua試shi驗yan。幹gan式shi變bian壓ya器qi絕jue緣yuan和he充chong液ye式shi變bian壓ya器qi絕jue緣yuan的de效xiao果guo是shi不bu同tong的de。
E.幹式變壓器的損耗和效率
DPV變壓器的設計空載損耗相對較低，因為變壓器在沒有發電時（即晚上）從cong係xi統tong中zhong吸xi取qu勵li磁ci功gong率lv。在zai一yi定ding的de負fu荷he周zhou期qi內nei，對dui效xiao率lv進jin行xing優you化hua，以yi獲huo得de運yun行xing的de超chao額e經jing濟ji性xing。如ru果guo電dian力li係xi統tong采cai用yong蓄xu電dian池chi係xi統tong等deng儲chu能neng設she施shi，幹gan式shi變bian壓ya器qi將jiang連lian續xu帶dai負fu荷he運yun行xing，並bing在zai此ci基ji礎chu上shang確que定ding效xiao率lv水shui平ping。
F.勵磁湧流考慮
DPV變壓器的低壓繞組通常靠近鐵芯，因此該繞組的空芯電抗較低。低壓合閘湧流較大.
G.熱設計
變壓器冷卻係統的設計應考慮以下現場環境溫度變化的影響-負荷曲線-諧波的影響-無功負荷的影響（如有）
H.短路注意事項
變壓器的繞組結構和短路位置直接影響短路的大小和分布。設計時必須考慮變壓器各種短路條件的影響，包括變壓器高壓短路、變壓器低壓短路、變壓器低壓短路
I.高頻開關瞬態
變壓器高壓側由斷路器控製，在幾乎所有情況下，真空斷路器（VCB）用於斷路。VCB的de預yu擊ji穿chuan和he再zai擊ji穿chuan以yi及ji電dian纜lan的de電dian容rong和he變bian壓ya器qi的de導dao電dian性xing會hui產chan生sheng快kuai速su上shang升sheng的de瞬shun變bian。這zhe些xie瞬shun變bian會hui導dao致zhi絕jue緣yuan故gu障zhang，需xu要yao進jin行xing詳xiang細xi的de分fen析xi，以yi確que保bao充chong分fen的de絕jue緣yuan設she計ji。IEEE Std C57.142-2010–“描述“變壓器、開關裝置和係統相互作用引起的開關瞬變的發生和緩解”涉及這一主題。用真空斷路器切換無負載變壓器，會產生斬波過電壓、多次重燃過電壓和虛擬電流斬波過電壓。
為保護變壓器免受快速上升的瞬態影響而采用的一些方法包括：在變壓器高壓側安裝電湧放電器。然而，它不足以有效地保護變壓器免受非常快的瞬變。變壓器高壓側的RC緩衝器免受非常快的上升瞬變。電阻的典型值為25至50，電容器為0.15至0.35F。環形主單元上的插入電阻。這是一個昂貴的解決方案，因為RMU的設計需要修改。保護方法必須在施工中與RMU製造商一起設計和實施。
J.環境和氣候要求
特殊安裝/操作規程-逆ni變bian器qi連lian接jie到dao變bian壓ya器qi的de星xing形xing連lian接jie低di壓ya繞rao組zu，因yin此ci中zhong性xing點dian保bao持chi浮fu動dong。中zhong性xing點dian不bu得de接jie地di。將jiang中zhong性xing點dian隔ge離li在zai變bian壓ya器qi側ce是shi一yi種zhong安an全quan的de設she計ji做zuo法fa。靜jing電dian屏ping蔽bi應ying僅jin具ju有you單dan點dian接jie地di。光guang伏fu係xi統tong發fa電dian不bu會hui產chan生sheng碳tan排pai放fang。但dan是shi，如ru果guoDPV升壓變壓器使用礦物油，則不利於環境。現在使用的選項是，i.使(shi)用(yong)植(zhi)物(wu)油(you)的(de)可(ke)生(sheng)物(wu)降(jiang)解(jie)充(chong)油(you)變(bian)壓(ya)器(qi)。無(wu)絕(jue)緣(yuan)液(ye)的(de)幹(gan)式(shi)鑄(zhu)造(zao)樹(shu)脂(zhi)變(bian)壓(ya)器(qi)。為(wei)滿(man)足(zu)環(huan)境(jing)和(he)氣(qi)候(hou)要(yao)求(qiu)，這(zhe)兩(liang)種(zhong)變(bian)壓(ya)器(qi)的(de)設(she)計(ji)要(yao)求(qiu)主(zhu)要(yao)適(shi)用(yong)於(yu)生(sheng)物(wu)降(jiang)解(jie)充(chong)油(you)變(bian)壓(ya)器(qi)
與礦物油相比，可生物降解油的粘度較高，因此需要增加約15%的冷卻表麵才能獲得相同的散熱效果。[當按照ISO3104進行測量時，生物降解油在40℃下的粘度約為35平方毫米/秒，而礦物油的粘度為12平方毫米/秒]-使用該液體的變壓器可以按照IEC 60076-14-2013“電力變壓器第14部分-使用高溫絕緣材料的液浸式電力變壓器”進行設計，並且可以工作在上述常規限製的溫度下，根據客戶驗收，所有外部部件（如水箱和散熱器）的表麵處理和腐蝕防護必須符合ISO 12944，C4適用於正常戶外環境，C5-M適用於高度腐蝕性環境（如海岸），通常使用F級（155攝氏度）和H級（180攝氏度）幹式鑄造樹脂變壓器絕緣的離岸應用等。溫升極限將取決於安裝位置處的環境溫度條件。幹式變壓器需要適當的入口保護。IP23D和P31是shi最zui常chang用yong的de入ru口kou保bao護hu等deng級ji。通tong風feng要yao求qiu和he空kong氣qi流liu量liang要yao求qiu，如ru果guo安an裝zhuang在zai房fang間jian內nei，則ze必bi須xu進jin行xing計ji算suan，以yi確que保bao繞rao組zu的de溫wen升sheng在zai限xian製zhi範fan圍wei內nei。澆jiao注zhu樹shu脂zhi變bian壓ya器qi必bi須xu滿man足zu氣qi候hou要yao求qiu，根gen據juIEC 60076-11“電力變壓器第11部分-幹式變壓器”的環境和耐火要求（C2E2F1或C2E3F1）。環氧澆注係統的設計應滿足繞組材料（銅/鋁）的熱膨脹和收縮。這是通過改變填料負荷以適應相應金屬膨脹的溫度係數來實現的。
三。過去，風力渦輪機的變壓器在各種應用中都使用風能。1887年，蘇格蘭安裝了第一台風力發電機組，為電池充電。到19世紀初，有幾台風力發電機。
風力渦輪機於1951年在英國安裝。有一種趨勢是使用66千伏的離岸，這需要66qianfudebianyaqi。raner，weiletigaofenglifadiandexiaolvhekekaoxing，jinnianlaifenglifadianjizudefazhanqudelechangzudejinbu。suoshiyongdefenglifadianjileixingkefenweiyixiajilei：永磁同步發電機[這些是早期風力發電機]-勵磁同步發電機-雙饋感應發電機當今最常用的風力發電機是雙饋感應發電機可變電壓控製和100%滑動控製。風力發電機的功率由一個變壓器升壓，供電網使用。由於其應用性質，變壓器的設計必須考慮以下段落中說明的要求；適用標準為IEC 60076-16“電力變壓器-第16部分：風力渦輪機應用變壓器”。第2節中討論的大多數設計考慮適用於風力渦輪機的變壓器。因此，本節討論了第2.A節jie中zhong未wei涉she及ji的de要yao求qiu。變bian壓ya器qi的de負fu載zai循xun環huan由you於yu風feng速su的de變bian化hua，變bian壓ya器qi上shang的de負fu載zai經jing常chang變bian化hua，可ke能neng包bao括kuo突tu然ran變bian化hua甚shen至zhi停ting機ji。載zai荷he多duo次ci突tu變bian會hui引yin起qi繞rao組zu產chan生sheng嚴yan重zhong的de機ji械xie應ying力li。在zai充chong液ye變bian壓ya器qi的de情qing況kuang下xia，這zhe可ke能neng會hui產chan生sheng油you氣qi泡pao。B.安裝在塔內或機艙內的變壓器溫度校正必須評估安裝在塔內或機艙內的變壓器的氣流和通風。根據要求，適當的降額是必要的。C.振動水平安裝在機艙內的變壓器將經曆變化幅度的振動，並且必須計算對變壓器有源部件和組件的影響。某些部件（如散熱器）的共振可能性需要仔細評估和結構設計。需要特別注意可能鬆動或斷裂的連接。
D、 濕度、yandudengbaoluzaishiduheyanduxia，tebieshidanganzhuangzaiyanhaidiquhuoliandiqushi，huidaozhitongfengwaikezhongdezhuzaoshuzhizhuantaiyanzhongfushibingzuizhongshixiao。zaizhezhongqingkuangxia，xinzujian（包括夾持結構）必須采用合適的環氧塗層進行保護。必須避免暴露的線路或抽頭端子。此外，外殼還需要對充油變壓器4進行C5M表麵處理和噴漆工藝。可再生能源變壓器發展的新趨勢由於可再生能源分布式發電係統的使用、大量非線性負載的使用、電動汽車的充電等原因，電網的複雜性正在迅速增加。同時，電網多功能化、智zhi能neng化hua的de需xu求qiu也ye促cu使shi了le智zhi能neng電dian網wang概gai念nian的de發fa展zhan。電dian網wang遲chi早zao會hui發fa生sheng巨ju大da的de變bian化hua，這zhe是shi必bi然ran的de，這zhe就jiu需xu要yao未wei來lai的de智zhi能neng變bian壓ya器qi。可ke再zai生sheng能neng源yuan用yong變bian壓ya器qi是shi不bu例li外wai的de，下xia一yi代dai可ke再zai生sheng能neng源yuan用yong變bian壓ya器qi必bi須xu與yu智zhi能neng電dian網wang的de需xu求qiu相xiang結jie合he。以yi下xia段duan落luo提ti供gong了le有you關guan這zhe些xie變bian壓ya器qi特te性xing的de簡jian要yao信xin息xi。A.智能電網和客戶的要求智能電網要求變壓器具有一些獨特的特性和功能，如電壓暫降補償當前配電變壓器/係統無法校正電壓水平確保客戶終端電壓恒定。未來的變壓器應具有這一特性.-諧波隔離/濾波器，線性負載不會產生諧波，並且變壓器應能夠保持幹淨的輸出波形.-除了穩定的交流輸出之外，直流輸出，未來的變壓器將具有用於電動汽車充電和其他直流負載的共同直流輸出-無功功率補償
先進的配電自動化（ADA）-斷電補償變壓器應從能源係統中獲取電力並提供斷電補償-故障隔離變壓器應將電網與負載側的故障隔離，並在進線側發生故障時將自身與電網隔離-電壓平衡保護單相電源的三相電源-重量和尺寸減小-消除油/流liu體ti。智zhi能neng變bian壓ya器qi的de設she計ji特te點dian本ben節jie給gei出chu了le未wei來lai變bian壓ya器qi的de基ji本ben設she計ji特te點dian為wei了le滿man足zu智zhi能neng電dian網wang的de要yao求qiu，變bian壓ya器qi必bi須xu采cai用yong電dian力li電dian子zi技ji術shu實shi現xian固gu態tai。20世紀80年代，美國海軍首次提出了“固態變壓器”（SST）的概念，並在過去獲得了多項SST專利。然而，美國電力研究所（EPRI）開創了SST應用的先河，稱之為“通用智能變壓器”，SSTgongzuoyuanliyuchuantongbianyaqixiangtong，dangongzuopinlvjiaogao，yijianqingzhonglianghechicun。shurudianyatongguodianlidianzibianhuanqizhuanhuanchenggaopinjiaoliudian，bingkuisongdaogaopinbianyaqideyicice，yihuodejiaoliuhe/或直流輸出電壓
階段1-交流-直流轉換從電網輸入的高壓交流轉換為高壓直流。此階段使用級聯連接的IGBT。新的發展是使用基於SiC的轉換器。階段2-雙有源橋在此階段高壓直流首先在相對較高的頻率（通常為5 kHz至20 kHz）下(xia)轉(zhuan)換(huan)為(wei)高(gao)壓(ya)交(jiao)流(liu)。交(jiao)流(liu)電(dian)以(yi)相(xiang)同(tong)的(de)頻(pin)率(lv)下(xia)降(jiang)到(dao)低(di)壓(ya)交(jiao)流(liu)電(dian)，然(ran)後(hou)再(zai)次(ci)轉(zhuan)換(huan)為(wei)低(di)壓(ya)直(zhi)流(liu)電(dian)。從(cong)這(zhe)個(ge)階(jie)段(duan)，一(yi)個(ge)直(zhi)流(liu)端(duan)口(kou)被(bei)帶(dai)到(dao)客(ke)戶(hu)負(fu)載(zai)。第(di)3階段，低壓直流被轉換成低壓交流供最終使用。整個係統是雙向的，變壓器的磁路是低損耗的納米晶材料、非晶鋼材料或鐵氧體材料，高頻損耗相對較低。導體材料為高絞合銅線，以減少渦流損耗。圖4顯示了在可再生能源集成和智能電網應用中使用SST的未來電網的基本要素
C、 智能電網變壓器商業化的技術挑戰可再生能源SST商(shang)業(ye)化(hua)需(xu)要(yao)解(jie)決(jue)幾(ji)個(ge)技(ji)術(shu)問(wen)題(ti)和(he)產(chan)品(pin)開(kai)發(fa)工(gong)作(zuo)，如(ru)電(dian)力(li)公(gong)司(si)引(yin)入(ru)智(zhi)能(neng)電(dian)網(wang)，這(zhe)是(shi)一(yi)個(ge)緩(huan)慢(man)的(de)過(guo)程(cheng)，現(xian)在(zai)由(you)於(yu)投(tou)資(zi)限(xian)製(zhi)和(he)遺(yi)留(liu)問(wen)題(ti)。商(shang)業(ye)上(shang)可(ke)獲(huo)得(de)高(gao)壓(ya)（如11千伏，13.2千伏等）IGBT orSiC組件，用於變頻器逆變器應用。目前，高壓電力電子電路的工作電壓水平是通過級聯來獲得的。高壓電力電子電路的浪湧/脈衝保護和係統故障保護。高頻變壓器鐵芯的低損耗磁性材料的可用性。整個係統的效率需要提高。傳統的變壓器具有高效率（通常大於99%），其中由於SST的整體效率相當低，高頻應用需要特殊的繞組材料。碳納米管有望在未來提供低重量、低損耗的解決方案。5個。結論風能和太陽能將成為未來電力的主要來源。這將大大減少二氧化碳的排放。風能和太陽能DPV所suo需xu的de變bian壓ya器qi需xu要yao特te殊shu的de設she計ji特te點dian，以yi滿man足zu具ju有you挑tiao戰zhan性xing的de運yun行xing條tiao件jian。目mu前qian，該gai行xing業ye已yi經jing開kai發fa出chu不bu同tong類lei型xing的de變bian壓ya器qi。未wei來lai的de挑tiao戰zhan包bao括kuo開kai發fa固gu態tai智zhi能neng變bian壓ya器qi，配pei備bei必bi要yao的de功gong能neng，使shi之zhi適shi合he於yu集ji成cheng正zheng在zai衰shuai退tui的de智zhi能neng電dian網wang。為wei了le迎ying接jie未wei來lai的de挑tiao戰zhan，變bian壓ya器qi行xing業ye必bi須xu開kai展zhan協xie同tong發fa展zhan工gong作zuo。感gan謝xie作zuo者zhe感gan謝xie聯lian邦bang變bian壓ya器qi有you限xian責ze任ren公gong司si技ji術shu團tuan隊dui為wei本ben文wen件jian的de編bian寫xie提ti供gong的de幫bang助zhu
