3.4. Расчет мощности части внутренней сети сэс.
Исходными данными для расчета мощности части внутренней сети СЭС являются: 3.4.1.Схема блока инвертора (И) и трансформатора (ТР) – (И + ТР) или (2И + ТР);
3.4.2. Мощность блока, кВт – 250; 500; 750; 1000.
3.4.3. Мощность сэс
3.4.4. Характеристика части внутренней сети сэс.
Внутренняя сеть СЭС состоит из трех частей с различным уровнем напряжения и рода тока.
Первая часть – преобразовательная часть внутренней сети СЭС, содержит цепи постоянного тока, распределенные на значительной территории и включающие многочисленные ФП, радиальные и магистральные кабельные линии постоянного тока, группы инверторов и выходные трансформаторы. Уровень напряжения постоянного тока этой части цепи целесообразно выбирать не выше 1 кВ. Первая часть внутренней сети СЭС состоит из отдельных законченных блоков преобразователей энергии (далее блок преобразо-вателя).
Вторая часть – трехфазные цепи переменного тока первого уровня напряжения с выхода ТР ( обычно 10 кВ), радиальные и магистральные трехфазные кабельные линии переменного тока.
Третья часть – центральные подстанции (ЦПС) с линейным напряжением 35 и 110 кВ. В связи с большой площадью СЭС может быть установлено несколько ЦПС.
Схема первой части внутренней сети СЭС с примером расчета параметров одного блока преобразователя в составе (группа ФП + 2 И + ТР) приведена на рис.3.7.
3.4.5. 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 UЛ2 должно соответствовать стандартным величинам линейных напряжений сетей (0,69 кВ; 10 кВ; и т.д.). В расчете принимаем UЛ2 = 10 кВ.
Расчет мощности всех элементов блока преобразования выполняется при нормированных параметрах ФЭ (φi0 = 1000 Вт/м2 ).
Схема преобразователя выполняется в составе (блоки ФП + И + ТР) и ( блоки ФП + 2И + ТР), в зависимости от задания. На рис. 3.8. приведена схема преобразователя в составе (блоки ФП +2И + ТР).
0,69 кВ
450 А
+900 В 10 кВ СШ
10кВ
500 кВт
60
А
1000
кВА
+900 В
ФП 500 кВт
Рисунок 3.7. Схема первой части внутренней сети СЭС с примером расчета параметров одного блока преобразователя в составе (группа ФП + 2 И + ТР)
Для указанного типа И соотношение между средним значением входного напряжения постоянного тока UФП ( ) от группы ФП, включенных последовательно и параллельно, и действующим значением выходного фазного напряжения И - UФ1 равно:
,
(6)
где β – угол включения IGBT- модулей, γ – угол коммутации IGBT- модулей, I – среднее значение тока инвертора, ΔUIGBT – падение напряжения за счет процесса коммутации тока I , ΔUIGBT – 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 UФ1 можно принимать величину ΔUγ(I) равной нулю.
(7)
Величина ΔUIGBT 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 (φi0 = 1000 Вт/м2), величиной ΔUIGBT при средней реализуемой мощности блока преобразования можно пренебречь, приняв ΔUIGBT = 0.
Для передачи в сеть UФ1 со стандартным допуском при значительном изменении UФП ( ), 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 UФ1. При форме ВАХ заданных ФЭ (рис.3.2.), зависимость UФП ( ) от величины минимальна, значения угла β не превышают 150.
В этом случае расчет соотношения между величинами UФ1 и UФП ( ) можно выполнять согласно (8), (9):
(8)
(9)
UФ1,
UЛ1
I
ΣФП
I
IGBT
ТР
+
И 1
к И 2
I
1ТР
UФ2,UЛ2
I
2ТР
UФП
(
)
Рисунок 3.8. Электрическая схема одного блока преобразователя. И1, И2 – инверторы, ТР – выходной трехфазный трехобмоточный трансформатор. Дроссели и коммутирующие элементы не показаны.
Соотношения между параметрами инвертора приведены в табл.3.13.
Выходное линейное напряжение для ТР блока преобразователя UЛ2 = 10 кВ – рис.3.8.
Пример расчета.
Предполагая использование стандартного ряда напряжений для варианта блока преобразователя (блоки ФП + 2И + ТР), выбираем линейное напряжение переменного тока на выходе инвертора UЛ1 = 0,69 кВ и соответственно фазное напряжение UФ1 в этом случае составит в режиме холостого хода 0,4 кВ.
Мощность блока преобразователя принимаем – 1,0 МВт.
ТР предполагается выполнить трехобмоточным. Две обмотки, подключенные к инверторам мощностью по 0,5 МВт, с напряжением UЛ1 = 0,69 кВ и одна выходная суммарная обмотка с напряжением UЛ2 = 10 кВ – рис.3.8.
Расчетная мощность И – РИ = 500 кВт. Схема И – рис.3.8. Расчет параметров инвертора при мощности 500 кВт согласно табл.3.13 с учетом (8,9):
UФП ( )= 0,9*2,34* UФ1 = 0,95*2,34*400 = 889 В,
Учитывая изменение UФП ( ) при работе СЭС в течение суток и года, принимаем для дальнейшего расчета 900 В.
Среднее значение тока I ΣФП равняется
I ΣФП = РИ /UФП ( ) (10)
Пример: I ΣФП = РИ /UФП ( )=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)
Пример: I IGBT = I ΣФП / 3 = 555 /3 = 185 А
Максимальное обратное напряжение для IGBT- модулей – U ОБР. IGBT
U ОБР. IGBT = 1,41*UЛ1 = 1,045* UФП ( ) (12)
Пример: U ОБР. IGBT = 1,045 *UФП ( ) = 1,045 * 900 = 950 В
Параметры для двух входных обмоток ТР:
Действующее значение UФ1 = 0,4 кВ, UЛ1= 0,69 кВ; коэффициент трансформации ТР – к ( схема соединения фаз обмоток «звезда» / «звезда») равен
к = UЛ2 / UЛ1 = 10 / 0,69 = 14,5
Параметры обмотки ТР на выходе И:
Полная мощность SТР1 одной обмотки ТР на выходе И
,
(13)
где ηИ – КПД инвертора, cosφ1 – коэффициент мощности входной цепи ТР, коэффициент 1,2 учитывает снижение фактически реализуемой величины РΣФП = f( ) в течение суток.
В расчете по (13) принимаем ηИ = 0,8, поскольку ΔUγ(I) и ΔUIGBT приняты равными 0.;
cosφ1 = 0,9.
Действующее значение тока I 1ТР в обмотке ТР на выходе И согласно
(14)
Полная мощность SТР2 вторичной суммарной обмотки на выходе ТР равняется
(15)
Действующее значение тока в суммарной обмотке I 2ТР равно
(16)
Пример расчетов по (13)…(16) при РИ = 500 кВт – SТР1 =370 кВА; SТР2= 740 кВА;
I 1ТР = 310А; I 2ТР = 43 А.
Пример расчета части постоянного тока внутренней сети СЭС
Для получения величины UФП ( ) согласно (9) принимаем в блоке преобразователя последовательное и параллельное соединение панелей ФП.
Число NПОС. последовательно включенных панелей ФП равно
NПОС. = UФП ( )/ UП (17)
Например, шесть панелей ФП ( табл.3,12, рис. 3.5), UП = 150 В, соединяются последовательно в один общий блок преобразователя , напряжение на выходе блока UФП ( ) составляет
UФП ( ) = 6* UП = 6* 150 = 900 В.
Число NПАР. параллельно включенных панелей ФП равно
NПАР. = I ΣФП / IП (18)
Для блока преобразователя при IП = 19,8 А (табл.3.12, рис. 3.5), параллельно необходимо соединить 29 панелей ФП, сила тока на выходе блока I ΣФП составляет величину
I ΣФП = 29* IП = 29* 19,8 = 574 А
Общее количество панелей ФП в блоке преобразователя NΣ
NΣ = NПОС * NПАР (19)
В примере расчета NΣ = 6 * 29 = 174
Суммарная нормированная мощность блока преобразователя РИ при φi0 = 1000 Вт/м2 составляет
РИ = NΣ * РФП (20)
В примере расчета (табл.3.12., РФП = 2969,6 Вт = 2,9696 кВт)
РИ = NΣ * РФП = 174* 2,9696 = 516,7 кВт
Общее число ФЭ ( вариант 1) в блоке преобразователя – 2784 фотоэлементов.
Для варианта (блоки ФП +2И + ТР) общее число панелей 348, общее число ФЭ (вариант 1) – 5568. Расчетная нормированная мощность всех ФЭ при φi0 = 1000 Вт/м2
примерно 1034 кВт.
Таблица 3.13. Соотношения между параметрами в схеме трехфазного мостового