Схема блока преобразователя энергии ФЭ

Внутренняя схема СЭС должна содержать цепь преобразования напряжения постоянного тока ФЭ в стандартный вид для сетей линий передачи объединенной энергетической системы по числу фаз, частоте тока и величине напряжения.

Для этой цели в блоке преобразователя применяется трехфазный мостовой инвертор (И) с выходным разделительным трансформатором (ТР), вторичное (выходное для сети) напряжение которого U_Л2 должно соответствовать стандартным величинам линейных напряжений сетей. В расчете принимаем U_Л2 = 35 кВ.

Расчет мощности всех элементов блока преобразования выполняется при нормированных параметрах ФЭ (φ_i0 = 1000 Вт/м² ).

. Нарис. 3.8. приведена схема преобразователя в составе (блоки ФП +2И + ТР).

Для указанного типа И соотношение между средним значением входного напряжения постоянного тока U_ФП ( ) от группы ФП, включенных последовательно и параллельно, и действующим значением выходного фазного напряжения И- U_Ф1 равно:

, (6)

где β – угол включения IGBT- модулей, γ – угол коммутации IGBT- модулей, I – среднее значение тока инвертора, ΔU_IGBT – падение напряжения за счет процесса коммутации тока I , ΔU_IGBT – падение напряжения на IGBT- модулях.

При коммутации тока ФЭ значения угла γ сравнительно невелики из-за малой индуктивности цепи коммутации, поэтому для предварительных расчетов величины U_Ф1 можно принимать величину ΔU_γ(I) равной нулю.

(7)

Рисунок 3.8. Электрическая схема одного блока преобразователя. И1, И2 – инверторы, ТР – выходной трехфазный трехобмоточный трансформатор. Дроссели и коммутирующие элементы не показаны.

Величина ΔU_IGBT для схемы И на рис.3.8. составляет при номинальном тока 3...4 В.

Учитывая, что расчет мощности всех элементов блока преобразователя выполняется при нормированных параметрах ФЭ (φ_i0 = 1000 Вт/м²), величиной ΔU_IGBT при средней реализуемой мощности блока преобразования можно пренебречь, приняв ΔU_IGBT = 0.

Для передачи в сеть U_Ф1 со стандартным допуском при значительном изменении U_ФП ( ), режим работы И регулируется изменением угла β .

Регулирование β усложняет схему управления И и ведет, при увеличении β, к росту числа высших гармоник в составе U_Ф1. При форме ВАХ заданных ФЭ (рис.3.2.), зависимость U_ФП ( ) от величины минимальна, значения угла β не превышают 15⁰.

В этом случае расчет соотношения между величинами U_Ф1 и U_ФП ( ) можно выполнять согласно (8), (9):

(8)

(9)

Соотношения между параметрами инвертора приведены в табл.3.13.

Выходное линейное напряжение для ТР блока преобразователя U_Л2= 35 кВ

Предполагая использование стандартного ряда напряжений для варианта блока преобразователя (блоки ФП + 2И + ТР), выбираем линейное напряжение переменного тока на выходе инвертора U_Л1 = 0,69 кВ и соответственно фазное напряжение U_Ф1 в этом случае составит в режиме холостого хода 0,4 кВ.

Мощность блока преобразователя принимаем – 0,5 МВт.

ТР предполагается выполнить трехобмоточным. Две обмотки, подключенные к инверторам мощностью по 0,5 МВт, с напряжением U_Л1 = 0,69 кВ и одна выходная суммарная обмотка с напряжением U_Л2 = 35 кВ

Расчетная мощность И– Р_И = 500 кВт. Схема И. Расчет параметров инвертора при мощности 500 кВт согласно табл.3.13с учетом (8,9):

U_ФП ( )= 0,9*2,34*U_Ф1 = 0,95*2,34*400 = 889 В,

Учитывая изменение U_ФП ( ) при работе СЭС в течение суток и года, принимаем для дальнейшего расчета 900 В.

I _ΣФП= Р_И /U_ФП ( ) (10)

I _ΣФП= Р_И /U_ФП ( )=500*10³ / 900 = 555 А

Среднее значение тока I _ΣФП для расчета тока IGBT- модулей – I _IGBT принимаем в пределах 550…570 А.

Среднее значение тока IGBT- модулей – I _IGBT равняется

I _IGBT= I _ΣФП/ m = I _ΣФП/ 3 (11)

I _IGBT= I _ΣФП/ 3 = 555 /3 = 185 А

Максимальное обратное напряжение для IGBT- модулей – U _{ОБР. IGBT}

U _{ОБР. IGBT} = 1,41*U_Л1 = 1,045* U_ФП ( ) (12)

Пример: U _{ОБР. IGBT} = 1,045*U_ФП ( ) = 1,045 * 900 = 950 В

Параметры для двух входных обмоток ТР:

Действующее значение U_Ф1 = 0,4 кВ, U_Л1= 0,69 кВ; коэффициент трансформации ТР – к ( схема соединения фаз обмоток «звезда» / «звезда») равен

к = U_Л2 / U_Л1 = 35 / 0,69 = 50,72

Параметры обмотки ТР на выходе И:

Полная мощность S_ТР1одной обмотки ТР на выходе И

, , (13)

где η_И – КПД инвертора, cosφ₁ – коэффициент мощности входной цепи ТР, коэффициент 1,2 учитывает снижение фактически реализуемой величины Р_ΣФП = f( ) в течение суток.

В расчете по (13) принимаем η_И = 0,8, поскольку ΔU_γ(I) и ΔU_IGBT приняты равными 0.;

cosφ₁ = 0,9.

Действующее значение тока I _1ТР в обмотке ТРна выходе Исогласно

(14)

Полная мощность S_ТР2 вторичной суммарной обмотки на выходе ТР равняется

=2*370=740кВА (15)

Действующее значение тока в суммарной обмотке I _2ТР равно

(16)

при Р_И = 500 кВт – S_ТР1 =370 кВА; S_ТР2= 740 кВА;

I _1ТР = 310А; I _2ТР = 12,22 А.