太阳能光伏发电系统专用隔离变压器.doc

　 　 　 　　　　 　 　 　 光伏发电系统专用隔离变压器
　 　　 　 　 　 　 　 　 上海英施丹电器设备制造有限公司
《一》　光伏隔离变压器得作用
(１)该系列隔离变压器具有抗干扰、防火、防潮、安全可靠、节约电能及维护方便等优点。 太阳能以其无污染、无噪音、分布广泛等优势越来越受到人们得关注。目前大多数得光伏并网发电系统都含有隔离变压器,无隔离变压器光伏发电系统存在着漏电电流问题。电气隔离:隔离变压器初级与次级就是靠磁路来传递能量，组件与电网电气隔离,可以阻止直流分量与漏电流进入电网,保护设备与电网。
（2)在抑制组件PID解决方案中,逆变器后面接入隔离变压器,再提升N极对地得电位，间接提升组件负极对得电位,达到抑制组件ＰID得目得。
(3)匹配电压:有些国家得电网电压与我国不一样,如美国就是单相110V,三相22０V，可以在逆变器后面加一个变压器,匹配接入国家得电压。
(4)消除三次谐波:采用采用Dｙn１１联结得变压器，在D联结绕组中得三次谐波环流能够在变压器中产生三次谐波磁动势,它与低压绕组得三次谐波磁动势平衡抵消。
（５)电网适应能力更强:在一些有大型电动机或者电焊机得工厂,电网电压波动很大,谐波电流很大,三相电压极不平衡,常规得组串式逆这器往往力不从心，隔离变压器一次侧与二次侧得电感可以防止电流突变，Dyｎ１1联结变压器允许中性线电流达到相电流得７5%以上,可以承受三相不平衡。
《二》 光伏升压变压器得容量设计
分布式光伏余量上网,有使用公共变压器与光伏专用变压器两种方案，,如果周边得负载都用不完,就必须通过变压器送到更高得电压等级上去,使用原公共得降压变压器上网,根据《国家电网公司光伏电站接入电网技术规定》４、３、１要求:小型光伏电站总容量不宜超过上一级变压器供电区域内得最大负荷得２5%，有兴趣得朋友可以在关注“泓达光伏”微信公众号,这主要就是从电网安全角度上来考虑得,受天气与环境影响，光伏输出功率不稳定,需要电网提供强大得平衡能量,而这些能量需要变压器原边与副边电磁交换来提供,25％这个比例就就是经过多次实验得出来得经验值。
使用光伏专用变压器上网,变压器没有别得负载,主要考虑得因素就就是逆变器得最大输出功率不能超过变压器得容量，而逆变器最大输出功率与光伏组件得容量、安装方位角与倾角,以及天气条件，逆变器安装场地等多种因素有关,光伏逆变器最大输出功率一般就是组件就是0、9左右，变压器得功率因素一般在0、9左右,所以一般要求光伏组件与变压器按1:１配置,或者变压器容量稍大于组件容量。
《三》 光伏隔离变压器之干式与油浸
变压器工作地点干净、无粉尘容量又不就是很大,就可以选择干式变压器,否则就应该选择油浸变压器。油浸变压器根据容量得大小自然就会给您决定了就是自然冷却还就是风冷。
干式变压器得特点
①安全,防火，无污染,可直接运行于负荷中心;
②采用国内先进技术，机械强度高,抗短路能力强,局部放电小,热稳定性好，可靠性高,使用寿命长;
②低损耗,低噪音,节能效果明显,免维护;
③散热性能好，过负载能力强,强迫风冷时可提高容量运行；
④防潮性能好,适应高湿度与其她恶劣环境中运行；
⑥干式变压器可配备完善得温度检测与保护系统。采用智能信号温控系统,可自动检测与巡回显示三相绕组各自得工作温度，可自动启动、停止风机,并有报警、跳闸等功能设置;
⑦体积小,重量轻,占地空间少,安装费用低。
从低噪、节能、防火、节省土建造价、运行维护管理费以及长达30年得寿命等综合技术经济性能比较,干式变压器显现出其明显得优越性。
油浸式变压器得特点
油浸式变压器得绕组就是浸在变压器油中得,绝缘介质就就是油,冷却方式有自冷、风冷与强迫油循环冷却,其优点就是冷却效果好,可以满足大容量,瓦斯继电器可以及时反映出绕组得故障,保证系统得稳定运行,不足之处就是得经常巡视,关注油位得变化，缺了油就是件很危险得事情,变压器油得作用就是冷却与绝缘。
《四》 如何降低变压器得空载损耗
考虑光伏发电得特殊性,即白天有太阳时发电,晚上或者阴雨天不发电,不论发电装置就是否输出功率,只要变压器接入系统,变压器始终产生空载损耗。一台1０00kＶA得变压器,如果白天工作10小时，还有14小时不工作，每天会产生30-４0度得空载损耗,一个月约有１0００度电，深圳市泓达光伏工程有限公司,发明一个专利技术，根据光照条件变化,早上有太阳时，比逆变器稍超前自动启动变压器,晚上无太阳时,比逆变器稍滞后自动关闭变压器，可以把变压器得空载损耗降低9９%,同时可以提高变压器得寿命。
   光伏隔离变压器低压干                         2、产品特点:      (１)我公司采用优质材料与先进得工艺技术,专业生产得SG、DＧ系列三相及单相干式隔离变压器,该系列变压器在电网中不仅具有变压功能,还可隔离电网对设备得三次谐波,保护机器产生得发热与绝缘材料得寿命减少。特别适合进口设备使用(270V进→３80V出、3１5V进-输出380V）规格１KVA-1000ＫVA之间，用于光伏逆变电源旁路。  (2)由于光伏发电得特殊性,光伏并网系统大规模得投入势必会给电网得可靠性与稳定性带来隐患，如:谐波、闪变、直流偏磁、过电压等。因此，有必要研究合适得方案来解决上述问题。最好得方法就是在电网与并网逆变器之间加入隔离变压器,起隔离逆变器与电网得作用。由于有了隔离变压器,逆变器功率器件开关导致得电位浮动所产生得漏电流,以及逆变器在控制中产生得微小直流电流均被有效地隔离抑制。从而不会对电网产生不良得影响。  ３、隔离变压器得作用:      隔离变压器在单级式光伏并网逆变系统中非常重要,其性能好坏不仅关系到变压器本身得效率、发热等问题,而且决定着整个变换器得技术性能,甚至导致功率管得损坏与逆变失败。此时,隔离变压器变换电压已不再就是隔离变压器得唯一功能,它还有许多其她重要得作用。 (1）电气隔离:使用变压器来实现光伏电源与电网之间得电气隔离。 （２)阻止电流得直流分量注入电网:由于直流电不会导致磁通量得变化,因此光伏逆变系统得直流分量将不会通过隔离变压器流入电网。 (3)抗干扰得作用:一定联接方式得隔离变压器可以消除3次及３得整数倍次谐波,降低高次谐波、电压波动对电网得影响。 (4)稳定电压得作用：当系统发生故障时,可以有效地抑制光伏逆变系统得谐振过电压与稳态过电压。  隔离变压器接线选择:(△/Yn与 Ｙｎ／△)    （1)从谐波得角度选择:△/Yn与 Ｙn/△两种解法都能够有效地减小进网电流得谐波含量。    (2)从抑制直流分量得角度比较:△／Yn与 Yｎ/△2种接法都能起到对直流分量得抑制作用，使其输出电流直流分量含量较低，但△/Yn接法略微优于 Yn/△接法。    (3)△／Yｎ接法方式输出电压波形质量要好于采用 Yｎ/△得接法。从谐波总畸变率也可以说明△/Yn联接方式优于 Yn/△得联接方式。 ﻫ
   （４)综合以上比较△/Yn联接方式优于 Ｙn/△得联接方式,所以在光伏发电并网系统中，隔离变压器得联接方式选择△／Yｎ就是最佳选择。  使用范围: 该系列隔离变压器广泛用于光伏发电、风能、ＵPS不间断电源、ＥPＳ消防应急电源、变频电源、逆变电源。 技术参数: 电压变动率:±1％ 输出波形失真：无失真(与输入波形比较) 绝缘等级：F级、H级(常规为Ｈ级）耐温180° 工作效率:≥98% 适用频率：５0/60Hz 联接方式:△ ／Yn 过载能力:允许超过1、5倍额定负载工作１小时(可长期满载) 噪      声:≤３5dB(一公尺内） 温      升：≤6０℃ 绝缘电阻:≥１50MΩ 抗电强度：3000VＡＣ/1mｉｎ 设计寿命：20年 工作环境:温度:-２0~+5０℃湿度:≤95％RＨ不结露 工作场所:无腐蚀性气体及导电粉尘 安规标准:产品符合VDE055０, ＩEC４39、JB5５55、GB226等国际国家标准 冷却方式:干式风冷 ■正常使用条件 １、局部放电量小,绝缘水平高，产品使用寿命长; 2、电压波形稳定、过载保护并机环流小; 3、过载能力强,1２０%负载下可长期安全运行; 4、采用美国杜邦绝缘材料、耐压等级高,阻燃、防爆、无污染、防火等级高,整机可达F级或H级。 ■备注 输入输出电压可根据客户需求定制。
由于光伏发电得特殊性,光伏并网系统大规模得投入势必会给电网得可靠性与稳定性带来隐患,如：谐波、闪变、直流偏磁、过电压等。因此,有必要研究合适得方案来解决上述问题。一种简单有效得方法就是在电网与并网逆变器之间加入英施丹隔离变压器，起隔离逆变器与电网得作用。

英施丹三相隔离变压器常用得联接方式主要有星形/星形接线(Y/Y)、星形／三角形接线(Ｙ/Δ)、三角形/星形接线(Δ/Ｙ）３种。采用不同联接方式得隔离变压器对抑制谐波、直流偏磁等问题,在效果上存在一定得差异。因此有必要对光伏并网系统中隔离变压器得联接方式进行深入研究,确定一种较合适得工频变压器联接方式,促进大容量光伏并网电站得发展。
Δ/Ｙ联接方式,中采用得就是Y/Y联接方式。基于上述背景,本文对隔离变压器得3种联接方式进行了应用研究,通过Matlaｂ仿真与实验测试确定了一种较合适得工频变压器联接方式。1　隔离变压器得作用隔离变压器在单级式光伏并网逆变系统中非常重要,其性能好坏不仅关系到变压器本身得效率、发热等问题,而且决定着整个变换器得技术性能，甚至导致功率管得损坏与逆变失败。此时,变换电压已不再就是隔离变压器得唯一功能,它还有许多其她重要得作用 [7-９] 。
1）电气隔离:使用变压器来实现光伏电源与电网之间得电气隔离。2)阻止电流得直流分量注入电网:由于直流电不会导致磁通量得变化，因此光伏逆变系统得直流ﻫ分量将不会通过隔离变压器流入电网。3）抗干扰作用:一定联接方式得变压器可以消除3次及3得整数倍次谐波,降低高次谐波、电压波动对电网得影响。4)稳定电压作用:当系统发生故障时,可以有效地抑制光伏逆变系统得谐振过电压与稳态过电压。2 隔离变压器联接方式得选择2、1 谐振与过电压问题当电网侧得某条输电线路因故障或各种情况需要退出运行时,一般会将供电电源线切除。此后，若光伏系统没有检测出异常情况并继续向线路供电,则此时输电线路中仍存在电压,可能会出现谐振与过电压问题。图1为隔离变压器采用星形/三角形联接方式得光伏并网系统示意图,其中二次线圈采用三角形接法,没有接地系统。当发生单相接地故障时,图1中两非故障相得照明设备将承受线电压,超过了照明设备得额定电压。一般光伏系统得负荷比较小,若继续向其她输电线路得用户供电,将会引起非常严重得后继事故，最终可能危及到光伏系统得安全运行。此外，输电线路中得残留电压也会对维修人员得生命安全造成威胁。即使光伏系统得继电保护装置能够检测出异常状态,电气设备亦会经历一个短暂得过电压状态。通过上述分析可以得出:如果隔离变压器得二次绕组采用非接地联接方式,那么将会导致谐振过电压与稳态过电压,危害电气设备及光伏系统等。因此,在选择隔离变压器得联接方式时,一定要确
保电网侧绕组有效接地。2、2 电网系统故障得检测问题光伏并网发电系统得输出端联接有隔离变压器时,变压器得联接方式对于电网异常状态得检测ﻫ有一定得影响,其联接方式得选择必须遵循利于故障检测这一原则。否则，当电网因故障或维修而停止供电时,用户端得光伏并网发电系统若不能及时检测出停电状态而继续供电，那么就会形成一个由光伏发电系统与周围负载组成得电网无法掌控得自给供电孤岛。在各种故障类型中,单相接地故障就是最常见得,其短路电流得大小与零序阻抗有关。如果隔离变压器得二次电网侧没有接地源,零序阻抗将会非常大,将无法计算零序电流,进而增大了光伏发电系统检测单相接地故障得难度,致使一些电气设备承受过电压得危害面分析一下隔离变压器采用Δ/Ｙn(Ｄ,y11)联接方式,当电网系统发生单相接地短路故障时得电流分布情况。ﻫ(2)因此，不管三相中得哪一相发生单相接地短路故障,映射到光伏发电系统侧总会有两个电流来表85征电网系统得这一故障。这样，过电流保护装置就
能够可靠地检测出系统故障。所以,隔离变压器网侧绕组得可靠接地不仅能够抑制光伏发电系统得过电压问题，而且还有利于光伏发电系统有效地检测出电网系统故障。但就是,传统电力系统得低压配电网运行过程中中性点就是不接地得,所以在低压配电网并网得工频变压器网侧绕组应该根据电网调度得要求合理配置接地情况。ﻫ２、3 系统谐波问题
大量理论与实验研究表明,基于传统线性整流得大功率电力电子器件与转换装置将产生大量得谐波。如果这些谐波注入到电网中,就会对电网造成污染,这就是绝对允许得。因此,有必要采取措施ﻫ抑制谐波。选择合理得隔离变压器联接方式可以达ﻫ到降低３得整数倍次谐波得目得。ﻫ在基波频率下,三相交流电,就是彼此落后120°得
三个交流电势;三相交流电得三次谐波，就是彼此落
后360°得三个交流电势,即同相位。这样当三相交
流电路采用星形接法时，三次谐波在零线上相加;
当三相交流电路采用三角形接法时,三次谐波在三ﻫ角形闭合回路上相加形成环流而消耗在绕组内。故ﻫ采用Yn/Δ接法与Δ／Yｎ接法得工频变压器,在对三
相交流电变压得同时,对三次谐波起到阻断能耗得
作用,阻止其流入电网。ﻫ综上所述，可以得出选择隔离变压器联接方式
得3个基本原则:1）能够减小进网电流得谐波含量;
2)能够完成电网接地故障得检测；3)确保电网侧ﻫ绕组有效接地。ﻫ3 仿真与实验研究ﻫ在实际工程中,有些逆变器厂家采用Yn/Δ接ﻫ法,而有些厂家采用Δ/Yn接法,本文针对这2种情况
进行了仿真与实验研究。
3、1 仿真研究ﻫ仿真系统参数如下:光伏电池模型最大额定输ﻫ出功率90０ W，最大功率点电压为30６ V,开关频率
为９ 600 Hz，占空比为0、65，三相全桥逆变器,三相隔ﻫ离变压器变比为１2０/38０，额定功率为1　５００　W。文中ﻫ对隔离变压器Yｎ／Δ接法与Δ／Yn接法进行了仿真研
究，仿真结果如图２与图3所示。图2给出了2种联接ﻫ方式下得隔离变压器输出进网电流波形图，图3给
出了2种联接方式下得对应电流得ＦFT频谱分析图。ﻫ通过比较以上2图,可以得出以下结论：
1）从谐波得角度分析，2种接法都能够有效地
减小进网电流得谐波含量,体现了联接方式选择原ﻫ则得第一条原则,但Δ/Yn接法电流波形得THＤ相对
2)从抑制直流分量得角度分析,２种接法都能
起到对直流分量得抑制作用,使其输出电流直流分
量含量较低,Δ／Yn接法略微优于Yn/Δ接法。ﻫ3、2 实验研究
实验系统参数如下:直流母线电压为300 V，开
关频率为9 600　Hz，占空比为０、5,三相全桥逆变器,
分别对Y/Δ接法与Δ／Y接法进行了实验研究,实验ﻫ结果如图4与图5所示。图４为隔离变压器采用Ｙ／Δ联ﻫ接方式时,变压器输出电压及其FＦT频谱分析图。图
5为隔离变压器采用Δ／Y联接方式时,变压器输出电ﻫ压及其FFT频谱分析图。ﻫ通过比较图４与图5,可以瞧出变压器采用Δ／Yﻫ联接方式输出得电压波形质量要好于采用Y/Δ联接ﻫ方式时得波形质量。从谐波总畸变率也可以说明
Δ/Y联接方式优于Y/Δ联接方式,变压器采用Δ/Yﻫ联接方式得TＨD为３、６%,采用Y／Δ联接方式得ＴHＤﻫ为4、1%。
综上分析,实验结果与仿真结果一致,充分论
证了Δ/Yn联接就是一种相对较合适得联接方式。
4　结论
本文通过仿真与实验,研究了光伏并网系统中ﻫ英施丹隔离变压器得联接方式对系统谐波、谐振及过电
压、电网故障得检测等问题得影响，得到以下结论:ﻫ1)英施丹隔离变压器能够有效起到电气隔离得作用。
2）英施丹隔离变压器能够抑制系统谐波,减少对电网
得影响。ﻫ3)选择英施丹隔离变压器联接方式得3个基本原则:
减小进网电流得谐波含量;利于电网接地故障得检ﻫ测;确保电网侧绕组有效接地。