คำตอบก่อน: โรงงานไฮโดรเจนสีเขียวต้องการหม้อแปลงเรกติไฟเออร์ (คอนเวอร์เตอร์) ที่ออกแบบมาโดยเฉพาะ ไม่ใช่หม้อแปลงจำหน่ายมาตรฐาน เพราะสแต็กอิเล็กโทรไลเซอร์เป็นโหลด DC ที่มีแรงดันต่ำ กระแสสูงมาก และมีฮาร์มอนิกสูง
หม้อแปลงอิเล็กโทรไลเซอร์รับแรงดันปานกลาง โดยทั่วไป 10 kV, 20 kV, 33 kV หรือ 35 kV แล้วลดลงเป็นแรงดัน AC ต่ำที่ป้อนให้เรกติไฟเออร์แบบไทริสเตอร์หรือ IGBT ซึ่งแปลงเป็นบัส 200–800 V DC ที่สแต็กใช้จริง คุณสมบัติสามประการแยกมันออกจากหม้อแปลงจำหน่ายทั่วไป ประการแรก ขนาดพิกัดคำนวณจากกำลัง DC ของสแต็กในหน่วยเมกะวัตต์ ไม่ใช่ kVA ของอาคาร ประการที่สอง กระแสด้านทุติยภูมิมีขนาดมหาศาล: สแต็ก 5 MW ที่ 700 V DC ดึงกระแสประมาณ 7.1 kA ดังนั้นขดลวด LV จึงออกแบบสำหรับกระแส โดยใช้ตัวนำแบบฟอยล์หรือขนานหลายเส้น แรงดันต่ำ สายสั้น และไม่ใช่แค่สำหรับ kVA ประการที่สาม มันจ่ายกระแสที่ไม่ใช่ไซนูซอยด์ ซึ่งเพิ่มความสูญเสียจากกระแสไหลวนในขดลวดทวีคูณ และบังคับให้ต้องออกแบบให้ทนฮาร์มอนิก (IEC 61378-1 หรือพิกัด K-factor ตาม UL) พร้อมกับจำนวนพัลส์ 6, 12 หรือ 24 ที่เลือกให้สอดคล้องกับ IEEE 519 ที่จุดเชื่อมต่อร่วม ทำให้สามสิ่งนี้ถูกต้อง โรงงานจะเดินเครื่องด้วยประสิทธิภาพสูงเป็นเวลายี่สิบปี แต่ถ้าคำนวณขนาดเหมือนหม้อแปลงอาคาร มันจะร้อน บิดเบือนกริด และไม่ผ่านการตรวจสอบคุณภาพไฟฟ้าตอนส่งมอบ
ประเด็นสำคัญ
- คำนวณขนาดจากกำลัง DC ของสแต็ก ไม่ใช่ kVA ที่ต่อเชื่อม MVA ของหม้อแปลง ≈ กำลัง DC ของสแต็ก ÷ ประสิทธิภาพรวมของเรกติไฟเออร์ แล้วปรับแก้ด้วยการลดพิกัดจากฮาร์มอนิก อุณหภูมิแวดล้อม/ความสูง และกฎความซ้ำซ้อน (โมดูล N+1) สูตรคำนวณขนาดที่เริ่มจากโหลด ไม่ใช่จากแผ่นป้ายพิกัด เป็นจุดเริ่มต้นที่ปลอดภัยเพียงจุดเดียว
- จำนวนพัลส์เป็นตัวกำหนดคุณภาพไฟฟ้า เรกติไฟเออร์ 6 พัลส์ฉีดฮาร์มอนิกลำดับที่ 5 และ 7 ที่ THD กระแสประมาณ 25–30% แบบ 12 พัลส์หักล้างลำดับที่ 5 และ 7 แบบ 24 พัลส์หักล้างได้ถึงลำดับที่ 23 ควรเลือกอย่างตั้งใจให้สอดคล้องกับขีดจำกัดฮาร์มอนิก IEEE 519ที่จุดเชื่อมต่อร่วม
- ฮาร์มอนิกทำให้ขดลวดร้อน จึงต้องลดพิกัดอย่างชัดเจน ความสูญเสียจากกระแสไหลวนเพิ่มขึ้นตามกำลังสองของลำดับฮาร์มอนิก ดังนั้นหม้อแปลงมาตรฐานที่ใช้งานกับเรกติไฟเออร์จะร้อนเกิน ต้องระบุK-factor หรือการลดพิกัดที่ documentedตาม IEEE C57.110 และ IEC 61378-1
- อิมพีแดนซ์และแทปเป็นพารามิเตอร์ควบคุม หม้อแปลงเรกติไฟเออร์โดยทั่วไปมีอิมพีแดนซ์สูงกว่า (Uk% 8–12%)เพื่อจำกัดกระแสฮาร์มอนิกและกระแสลัดวงจร และต้องการช่วงแรงดันสำรองสำหรับมุมจุดชนวนเพื่อให้เรกติไฟเออร์ยังเข้าถึงกระแส DC พิกัดได้เมื่อกริดตก
- การทำงานกับพลังงานหมุนเวียนหมายถึงโหลดที่เปลี่ยนแปลงเป็นรอบ การทำงานตามกำลังผลิต การสตาร์ท/หยุดรายวัน และการแกว่งของตัวประกอบโหลดในวงกว้างสร้างความเค้นจากการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิเป็นรอบ ดังนั้นชั้นการระบายความร้อน ระดับความสูญเสีย และประเภทหม้อแปลงจึงสำคัญกว่าในโหลดอุตสาหกรรมที่คงที่
ทำไมอิเล็กโทรไลเซอร์จึงใช้หม้อแปลงจำหน่ายมาตรฐานไม่ได้?
สแต็กอิเล็กโทรไลเซอร์เป็นอุปกรณ์ DC การแยกน้ำด้วยไฟฟ้าต้องการกระแสตรงที่แรงดันต่ำและกระแสสูงมาก สแต็กแบบอัลคาไลน์และ PEM โดยปกติทำงานที่ 1.8–2.4 V ต่อเซลล์ และเซลล์ต่ออนุกรมกันเป็นร้อยๆ ซึ่งให้แรงดันที่ขั้วสแต็กในช่วงไม่กี่ร้อยโวลต์ และกระแสที่แปรผันตรงกับกำลังของสแต็ก ต้องมีอะไรบางอย่างแปลง AC จากกริดเป็น DC นั้น และเรกติไฟเออร์ที่ทำการแปลงแยกไม่ออกจากหม้อแปลงที่ป้อนมัน นั่นคือเหตุผลที่อุตสาหกรรมซื้อหม้อแปลงเรกติไฟเออร์ (เรียกอีกอย่างว่าหม้อแปลงคอนเวอร์เตอร์หรือหม้อแปลงอิเล็กโทรไลเซอร์) ซึ่งครอบคลุมโดย IEC 61378-1 สำหรับงานคอนเวอร์เตอร์อุตสาหกรรม และ IEEE C57.18.10 ในอเมริกาเหนือ แทนที่จะเป็นหม้อแปลงเอนกประสงค์
ความแตกต่างไม่ใช่แค่เรื่องผิวเผิน หม้อแปลงเรกติไฟเออร์ถูกกำหนดสเปกต่างจากหม้อแปลงจำหน่ายอย่างน้อยห้าประการ:
- กระแส ไม่ใช่ kVA เป็นตัวกำหนดขดลวด LV ทุติยภูมิ 600 V ที่ 5 MVA รับกระแสประมาณ 4.8 kA ต่อชุดขดลวด ซึ่งนำไปสู่ขดลวดฟอยล์ สายแรงดันต่ำที่เชื่อมต่อกันอย่างใกล้ชิด การยึดทางกลสำหรับแรงลัดวงจรสูง และความใส่ใจต่อความสูญเสียจากฟลักซ์รั่วไหลอย่างระมัดระวัง ซึ่งไม่มีสิ่งใดปรากฏบน datasheet หม้อแปลงอาคาร
- กระแสโหลดไม่ใช่ไซนูซอยด์ บริดจ์ไทริสเตอร์ 6 พัลส์ดึงกระแสกึ่งสี่เหลี่ยมที่อุดมด้วยฮาร์มอนิกลำดับที่ 5, 7, 11 และ 13 ความสูญเสียจากกระแสไหลวนในขดลวดและความสูญเสียจากฟลักซ์รั่วไหลเพิ่มขึ้นประมาณตามกำลังสองของลำดับฮาร์มอนิก ดังนั้นแกนและขดลวดเดียวกันที่เย็นบนโหลดเชิงเส้นอาจร้อนเกินบนงานเรกติไฟเออร์
- อิมพีแดนซ์ถูกเลือกสำหรับฮาร์มอนิกและภาระลัดวงจร Uk% ที่สูงขึ้นจำกัดทั้งกระแสฮาร์มอนิกและกระแสลัดวงจรผ่าน เพื่อป้องกันเรกติไฟเออร์ แต่มีค่าใช้จ่ายในเรื่องการควบคุมแรงดันและกำลังไฟฟ้ารีแอกทีฟ หม้อแปลงคอนเวอร์เตอร์โดยทั่วไปอยู่ระหว่าง 8% ถึง 12% ซึ่งสูงกว่าหม้อแปลงจำหน่ายทั่วไปมาก
- ช่วงแรงดันสำรองเป็นพารามิเตอร์การออกแบบ เรกติไฟเออร์แบบควบคุมให้แรงดัน DC เป็น V_dc ≈ 1.35 × V_LL × cos α (บริดจ์สามเฟส ไม่คิดความสูญเสีย) ดังนั้นทุติยภูมิของหม้อแปลงต้องมีพิกัดสูงกว่าค่าที่ทำให้ได้ DC พิกัดที่มุมจุดชนวนเล็กน้อย ช่วงสำรองนี้โดยปกติจัดให้ด้วยแทป
- ภาระเป็นรอบและบางครั้งเป็นสองทิศทาง อิเล็กโทรลิซิสที่เชื่อมกับพลังงานหมุนเวียนเปลี่ยนแปลงตามผลผลิตแสงอาทิตย์และลม หน่วย PEM สตาร์ทและหยุดรายวัน การเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิเป็นรอบและกระแสกระชากจากการทำให้เป็นแม่เหล็กบ่อยครั้งเพิ่มข้อกำหนดที่หม้อแปลงต้องทนได้ ไม่ใช่แค่ผ่านตามเอกสาร
หม้อแปลงอิเล็กโทรไลเซอร์ทำหน้าที่อะไรจริงๆ ในห่วงโซ่ไฟฟ้า?
ห่วงโซ่ไฟฟ้าของโรงงานไฮโดรเจนสีเขียวสมัยใหม่นั้นสั้นและเป็นมาตรฐานสูง และหม้อแปลงอยู่ที่ศูนย์กลาง แรงดันปานกลางถูกรวบรวมจากกริดหรือจากฟาร์มแสงอาทิตย์หรือลมที่ตั้งอยู่ร่วมกัน ลดลงโดยหม้อแปลงเรกติไฟเออร์ แปลงเป็น DC และจ่ายไปยังโมดูลสแต็ก
| ขั้นตอน | พิกัดหรือรูปแบบทั่วไป | สิ่งที่มันมีส่วนช่วย |
|---|---|---|
| การรวบรวม MV | 10 kV / 20 kV / 33 kV / 35 kV, 50 หรือ 60 Hz | จ่ายพลังงานจากกริดหรือฟาร์มพลังงานหมุนเวียน จุดเชื่อมต่อร่วมมักอยู่ที่นี่ |
| หม้อแปลงเรกติไฟเออร์ | 1–10 MVA ต่อโมดูล ทุติยภูมิไม่กี่ร้อยโวลต์ AC | ลดแรงดัน แยกวงจร กำหนดอิมพีแดนซ์ ให้ช่วงแทปและการเลื่อนเฟสสำหรับควบคุมฮาร์มอนิก |
| เรกติไฟเออร์ | ไทริสเตอร์ (ควบคุม) หรือ IGBT (active front end) | แปลง AC เป็น DC กำหนดแรงดันและกระแส DC กำหนดสเปกตรัมฮาร์มอนิก |
| บัส DC | ประมาณ 200–800 V DC หลาย kA ต่อโมดูล | ป้อนสแต็ก บางครั้งใช้ร่วมกันหลายสแต็ก |
| สแต็กอิเล็กโทรไลเซอร์ | อัลคาไลน์, PEM, AEM หรือ SOEC โมดูลระดับ MW | แปลงพลังงานไฟฟ้าเป็นไฮโดรเจน โหลดที่ทั้งห่วงโซ่คำนวณขนาดเพื่อรองรับ |
| โหลดปรสิตและอุปกรณ์เสริม | ปั๊ม ระบบระบายความร้อน ระบบควบคุม การแปรรูปไฮโดรเจน | โดยทั่วไป 5–15% ของความต้องการไฟฟ้าของโรงงาน ขึ้นอยู่กับเทคโนโลยีและระบบประกอบ |
ดังนั้นหม้อแปลงจึงทำหน้าที่หกอย่างพร้อมกัน: การแปลงแรงดัน การแยกวงจรกัลวานิก การกำหนดอิมพีแดนซ์ การจัดการฮาร์มอนิกผ่านจำนวนพัลส์และการกำหนดค่าขดลวด การควบคุมแรงดันด้วยแทป และการประสานการป้องกันลัดวงจรกับเรกติไฟเออร์และสวิตช์เกียร์ต้นทาง datasheet หม้อแปลงเรกติไฟเออร์ที่ละเว้นสิ่งใดสิ่งหนึ่งจะทำให้โรงงานที่ไม่สามารถเข้าถึงกำลังพิกัดหรือไม่ผ่านการทดสอบการยอมรับคุณภาพไฟฟ้า
จะคำนวณขนาดหม้อแปลงเรกติไฟเออร์อิเล็กโทรไลเซอร์อย่างไร?
การคำนวณขนาดเริ่มจากสแต็กออกไป ในหกขั้นตอน กับดักคือการเริ่มจากหม้อแปลง จุดเริ่มต้นที่ถูกต้องคือโหลด DC
- ขั้นที่ 1 — กำหนดกำลัง DC ของสแต็ก คูณจำนวนโมดูลสแต็กด้วยกำลังพิกัดของโมดูล แล้วบวกโหลดเสริมและโหลดปรสิตที่หม้อแปลงเดียวกันป้อน นี่คือความต้องการไฟฟ้าจริงของโมดูล ไม่ใช่พิกัดโรงงานในหน่วย MW
- ขั้นที่ 2 — แปลงกำลัง DC เป็นความต้องการ AC หารด้วยประสิทธิภาพการแปลงรวมของเรกติไฟเออร์บวกหม้อแปลงที่โหลดพิกัด โดยทั่วไป 96–98% (ดูการเปรียบเทียบระดับความสูญเสียว่าชั้นประสิทธิภาพส่งผลต่อต้นทุนตลอดอายุอย่างไร) สำหรับเรกติไฟเออร์ไทริสเตอร์และหม้อแปลงสมัยใหม่ บวกส่วนเผื่อสำหรับการเสื่อมสภาพและสำหรับการทำงานนอกจุดที่ประสิทธิภาพดีที่สุด
- ขั้นที่ 3 — คำนวณกระแส DC และตรวจสอบทุติยภูมิ I_dc = P_dc ÷ V_dc สำหรับบริดจ์สามเฟส กระแสสายทุติยภูมิประมาณ 0.816 × I_dc ต่อบริดจ์ ดังนั้นสแต็ก 5 MW ที่ 700 V DC (ประมาณ 7.1 kA) ให้กระแสสายทุติยภูมิประมาณ 5.8 kA ต่อบริดจ์หกพัลส์
- ขั้นที่ 4 — กำหนดแรงดันทุติยภูมิจากมุมจุดชนวน จัดเรียงใหม่ V_LL ≈ V_dc ÷ (1.35 × cos α) การออกแบบสำหรับ DC พิกัดที่มุมจุดชนวนเล็กน้อย (ประมาณ 10–15 องศา) รักษาตัวประกอบกำลังให้สูงและเหลือช่วงควบคุมสำหรับกริดตก จัดให้มีช่วงสำรองนี้ด้วยแทป (±2 × 2.5% แบบไม่มีโหลด หรือ on-load tap changer ในที่ที่กริดอ่อนหรือแปรผัน)
- ขั้นที่ 5 — ปรับแก้สำหรับฮาร์มอนิกและสภาพแวดล้อม ลดพิกัดสำหรับปริมาณฮาร์มอนิก (ดูด้านล่าง) ปรับแก้สำหรับอุณหภูมิแวดล้อมของพื้นที่สูงกว่าค่าอ้างอิงและสำหรับความสูง และยืนยันชั้นการระบายความร้อนที่พิกัดที่ปรับแก้แล้ว
- ขั้นที่ 6 — ใช้กฎความซ้ำซ้อน โรงงานไฮโดรเจนหมุนเวียนโดยปกติสร้างเป็นโมดูล N+1 เพื่อให้สามารถซ่อมบำรุงหนึ่งโมดูลได้โดยไม่สูญเสียทั้งโรงงาน ความซ้ำซ้อนเพิ่มจำนวนโมดูลหม้อแปลง-เรกติไฟเออร์ ไม่ใช่เพิ่มพิกัดของแต่ละโมดูลเกินพิกัดเต็มโหลด
ตัวอย่างการคำนวณ เพื่อประกอบเท่านั้น (ค่าจากประสบการณ์อุตสาหกรรม): โมดูล PEM 5 MW ที่มีบัส DC 700 V และเรกติไฟเออร์ไทริสเตอร์ 12 พัลส์ จะได้หม้อแปลงเรกติไฟเออร์ประมาณ 5.5–6 MVA โดยมีทุติยภูมิในช่วง 550–600 V AC ทุติยภูมิสองชุดใน delta และ star สำหรับการทำงาน 12 พัลส์ อิมพีแดนซ์ประมาณ 10% การจัดเรียงแบบ on-load หรือหลายแทป และการระบายความร้อนแบบบังคับหรือน้ำมันธรรมชาติ ขึ้นอยู่กับจุดออกแบบอุณหภูมิแวดล้อม ให้ถือว่าเป็นตัวเลขระดับคร่าวๆ สำหรับการประมาณการเบื้องต้น พิกัดสุดท้ายมาจากเส้นโค้งของผู้ผลิตสแต็ก อุณหภูมิแวดล้อมของพื้นที่ การศึกษาฮาร์มอนิก และการตัดสินใจเรื่องความซ้ำซ้อน
6 พัลส์ 12 พัลส์ หรือ 24 พัลส์: ควรกำหนดการกำหนดค่าเรกติไฟเออร์แบบใด?
จำนวนพัลส์เป็นการตัดสินใจที่มีผลมากที่สุดรองจากพิกัด เพราะมันกำหนดทั้งรอยเท้าฮาร์มอนิกและราคาของโซลูชันคุณภาพไฟฟ้า จำนวนพัลส์ที่สูงขึ้นมีต้นทุนหม้อแปลงสูงขึ้น (ชุดขดลวดทุติยภูมิมากขึ้น อิมพีแดนซ์สูงขึ้น ขนาดใหญ่ขึ้น) แต่ขจัดความจำเป็นของตัวกรองพาสซีฟขนาดใหญ่และลดความสูญเสียจากฮาร์มอนิก
| การกำหนดค่า | ขดลวดทุติยภูมิ | ฮาร์มอนิกที่หักล้าง | THD กระแสทั่วไปที่ PCC | Uk% ทั่วไป | การกรองที่มักต้องใช้ |
|---|---|---|---|---|---|
| 6 พัลส์ | หนึ่ง (delta หรือ star) | ไม่มี (ฉีดลำดับที่ 5, 7, 11, 13) | ประมาณ 25–30% | 5–8% | หนัก — ตัวกรองพาสซีฟหรือตัวกรองแอกทีฟ |
| 12 พัลส์ | สอง (delta และ star ห่างกัน 30 องศา) | ลำดับที่ 5 และ 7 | ประมาณ 8–12% | 8–10% | เบา — มักผ่านข้อกำหนดโดยไม่ต้องใช้ตัวกรอง |
| 24 พัลส์ | สี่ หรือสองกลุ่ม 12 พัลส์ที่เลื่อน 15 องศา | ถึงลำดับที่ 23 | ประมาณ 3–5% | 10–12% | มักไม่ต้องใช้ |
| Active front end | หนึ่ง พร้อมเรกติไฟเออร์ IGBT | สเปกตรัมถูกกำหนดโดยการสวิตช์ ไม่ใช่การเลื่อนเฟส | โดยทั่วไปต่ำกว่า 5% ด้วยตัวกรอง LCL | 4–6% | ตัวกรอง LCL ขนาดเล็ก เพิ่มความสามารถด้านกำลังไฟฟ้ารีแอกทีฟ |
หมายเหตุทางวิศวกรรมสองข้อสำคัญเมื่อเปรียบเทียบตัวเลขเหล่านี้ ประการแรก ค่า THD เป็นเพียงการบ่งชี้ ไม่ใช่การรับประกัน: IEEE 519 กำหนดขีดจำกัดความผิดเพี้ยนของกระแสเป็นฟังก์ชันของอัตราส่วนลัดวงจร Isc/IL ที่จุดเชื่อมต่อร่วม และเรกติไฟเออร์เดียวกันอาจผ่านที่บัสแข็งและล้มเหลวที่บัสอ่อน ประการที่สอง เรกติไฟเออร์ 12 พัลส์ที่สร้างจากบริดจ์หกพัลส์สองตัวขนานกันต้องการหม้อแปลงระหว่างเฟสเพื่อบังคับการแบ่งกระแส และหม้อแปลงต้องสร้างการเลื่อน 30 องศาที่ทำให้การหักล้างได้ผล คำตอบปกติคือทุติยภูมิ star และ delta ซึ่งแสดงในกลุ่มเวกเตอร์
ทำไมกระแสฮาร์มอนิกจึงทำให้ขดลวดร้อนเกิน — และควรลดพิกัดเท่าใด?
ความสูญเสียจากกระแสไหลวนในขดลวดแปรผันตามกำลังสองของความถี่ และความสูญเสียจากฟลักซ์รั่วไหลมีพฤติกรรมคล้ายกัน ดังนั้นกระแสฮาร์มอนิกจึงมีต้นทุนความร้อนสูงอย่างไม่สมส่วน สำหรับโหลดเชิงเส้น หม้อแปลงถูกออกแบบและทดสอบด้วยความสูญเสียแบบไซนูซอยด์ สำหรับงานเรกติไฟเออร์ ตัวประกอบความสูญเสียฮาร์มอนิกคือผลรวมตลอดฮาร์มอนิกของกระแสต่อหน่วยยกกำลังสองคูณด้วยลำดับฮาร์มอนิกยกกำลังสอง เรกติไฟเออร์ 6 พัลส์ที่รับกระแสฮาร์มอนิกลำดับที่ 5 ที่ 25% มีส่วนทำให้เกิดห้ายกกำลังสองคูณหนึ่งส่วนสี่ยกกำลังสอง ประมาณ 1.6 เท่าของความสูญเสียจากกระแสไหลวนของ fundamental เพียงอย่างเดียวจากฮาร์มอนิกนั้น ก่อนจะนับลำดับที่ 7, 11 และ 13
มีสามวิธีที่ยอมรับได้ในการจัดการเรื่องนี้:
- ระบุพิกัด K-factor ในอเมริกาเหนือ UL 1561 กำหนดชั้น K-factor (K-4, K-9, K-13, K-20, K-30) ที่จับคู่กับสเปกตรัมฮาร์มอนิกของโหลดทั่วไป หม้อแปลง K-factorถูกออกแบบให้การเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิอยู่ในขีดจำกัดเมื่อป้อนสเปกตรัมนั้น
- ใช้การลดพิกัดที่ documented IEEE C57.110 ให้วิธีการกำหนดความสามารถของหม้อแปลงภายใต้กระแสโหลดที่ไม่ใช่ไซนูซอยด์ การลดพิกัดเป็นลายลักษณ์อักษร (เช่น โหลดที่ 80% ของพิกัด) เป็นที่ยอมรับได้หากการคำนวณอยู่ใน datasheet และในการศึกษาฮาร์มอนิก
- ลดปริมาณฮาร์มอนิกที่ต้นทาง การเปลี่ยนจาก 6 พัลส์เป็น 12 พัลส์หรือ 24 พัลส์ หรือเป็น active front end ลดตัวประกอบความสูญเสียฮาร์มอนิกและดังนั้นการลดพิกัดที่ต้องใช้ โดยปกติมีต้นทุนถูกกว่าตลอดอายุโรงงานเมื่อเทียบกับการซื้อหม้อแปลงที่ลดพิกัดหนักหรือ K-factor สูงมาก
IEC 61378-1 ให้กรอบการทำงานที่สอดคล้องกันสำหรับหม้อแปลงคอนเวอร์เตอร์อุตสาหกรรม รวมถึงวิธีระบุปริมาณฮาร์มอนิกในข้อกำหนด และวิธีประเมินความสูญเสียและอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นที่ได้ กฎปฏิบัติง่ายๆ คือ: อย่ายอมรับ datasheet หม้อแปลงเรกติไฟเออร์ที่ไม่ระบุ K-factor หรือการลดพิกัดฮาร์มอนิกที่อ้างอิงกับสเปกตรัมฮาร์มอนิก ตัวเลขความสูญเสียที่ผ่านการตรวจสอบเป็นเพียงการป้องกันเดียวต่อขดลวดที่ร้อนในปีที่สาม
อิมพีแดนซ์และแทปมีปฏิสัมพันธ์กับการควบคุมเรกติไฟเออร์อย่างไร?
หม้อแปลงเรกติไฟเออร์มักถูกกำหนดสเปกด้วยอิมพีแดนซ์สูงกว่าหม้อแปลงจำหน่าย ด้วยเหตุผลที่ดี: Uk% ที่สูงขึ้นลดกระแสฮาร์มอนิกที่บริดจ์ดึง จำกัดกระแสลัดวงจรผ่านที่เรกติไฟเออร์และการป้องกันต้องทน และปรับปรุงการแบ่งกระแสระหว่างบริดจ์ที่ขนานกัน ต้นทุนก็เป็นจริงเช่นกัน — แรงดันตกคร่อมที่สูงขึ้นภายใต้โหลด การใช้กำลังไฟฟ้ารีแอกทีฟมากขึ้น และแรงดันทุติยภูมิที่ต้องเพิ่มขึ้นเพื่อชดเชย ความตึงเครียดนี้คือเหตุผลที่หม้อแปลงคอนเวอร์เตอร์กระจุกตัวที่อิมพีแดนซ์ 8–12% แทนที่จะเป็น 4–6% ที่เป็นเรื่องปกติของหม้อแปลงจำหน่าย
แทปทำงานร่วมกับมุมจุดชนวน เรกติไฟเออร์แบบควบคุมให้ V_dc ≈ 1.35 × V_LL × cos α ดังนั้นเมื่อมุมจุดชนวนเพิ่มขึ้น แรงดัน DC ลดลงและตัวประกอบกำลังการกระจัดลดลงตาม: ที่ α = 0 ตัวประกอบกำลังใกล้หนึ่ง และที่ α = 30 องศาใกล้ 0.87 ก่อนนับความผิดเพี้ยนฮาร์มอนิก โรงงานจึงต้องการทำงานที่มุมจุดชนวนเล็กที่สุดที่ยังให้ช่วงควบคุม และแทปของหม้อแปลงคือสิ่งที่ทำให้เป็นไปได้ตลอดช่วงแรงดันกริด ในที่ที่กริดอ่อนหรือบัส DC ต้องถูกควบคุมอย่างเข้มงวด on-load tap changerคุ้มค่ากับราคา บนกริดที่แข็งและเสถียร การเชื่อมต่อหลายแทปแบบไม่มีโหลดบวกแรงดันทุติยภูมิที่สูงขึ้นเล็กน้อยมักเพียงพอ
ทางเลือกการออกแบบที่น่ารู้: โรงงานขนาดใหญ่บางแห่งใช้เรกติไฟเออร์ไดโอดที่ไม่มีการควบคุมมุมจุดชนวนเลย และควบคุมแรงดัน DC ด้วยแทปหม้อแปลงเพียงอย่างเดียว บริดจ์ไดโอดมีความสูญเสียต่ำกว่าและไม่มีความไม่เสถียรของมุมคอมมิวเทชัน แต่ไม่สามารถจำกัดกระแส DC ทางอิเล็กทรอนิกส์ได้และยังดึงฮาร์มอนิกที่มีลักษณะเฉพาะเหมือนเดิม ดังนั้นข้อกำหนดหม้อแปลงและการศึกษาฮาร์มอนิกจึงไม่ง่ายขึ้น
อะไรเปลี่ยนไปเมื่อโรงงานขยายจาก 1 MW เป็น 100 MW และมากกว่า?
คำตอบของอุตสาหกรรมคือความเป็นโมดูล ไม่มีใครสร้างหม้อแปลงเรกติไฟเออร์เดี่ยว 100 MW เพราะกระแสทุติยภูมิจะจัดการไม่ได้และการสูญเสียหม้อแปลงตัวเดียวจะทำให้เสียทั้งโรงงาน แต่ความจุสร้างจากบล็อกโมดูล 1–10 MW แต่ละบล็อกเป็นหม้อแปลงบวกเรกติไฟเออร์บวกสแต็กหนึ่งหรือหลายตัว ขนานกันบนบัส AC แรงดันปานกลาง
- โรงงานขนาดเล็ก (1–5 MW) หนึ่งโมดูล หม้อแปลงเรกติไฟเออร์หนึ่งตัว มักออกแบบ 12 พัลส์ บ่อยครั้งเป็นแบบ dry-type หรือเอสเทอร์หากห้องเรกติไฟเออร์อยู่ภายในอาคาร
- โรงงานขนาดกลาง (5–50 MW) สี่ถึงยี่สิบโมดูลบนบัสรวบรวม 33 kV หรือ 35 kV เนื่องจากแต่ละโมดูลเป็นโหลด 12 พัลส์แยกกัน การเลื่อนเฟสระหว่างกลุ่มสามารถจัดเรียงให้เพิ่มจำนวนพัลส์ที่มีประสิทธิผลที่จุดเชื่อมต่อร่วมและลดกระแสฮาร์มอนิกรวมโดยไม่ต้องมีหน่วยใหญ่เพียงตัวเดียว
- โรงงานระดับสาธารณูปโภค (มากกว่า 50 MW) หลายสิบโมดูล การปฏิบัติตามข้อกำหนดฮาร์มอนิกกลายเป็นการวิเคราะห์รวม และโรงงานอาจเพิ่มการชดเชยกำลังไฟฟ้ารีแอกทีฟ ตัวกรองฮาร์มอนิก หรือตัวชดเชยสถิตเพื่อให้ทั้งไซต์อยู่ในขีดจำกัดรหัสกริด ความซ้ำซ้อนถูกกำหนดทีละโมดูล (N+1 หรือดีกว่า) ซึ่งกำหนดจำนวนหม้อแปลง
ความเป็นโมดูลยังเปลี่ยนสิ่งที่คุณซื้อ: แทนที่จะเป็นหม้อแปลงขนาดใหญ่สั่งทำหนึ่งตัว เจ้าของซื้อฝูงหน่วยที่คล้ายกัน ซึ่งปรับปรุงอะไหล่ การบำรุงรักษา และเวลาส่งมอบ และทำให้การตรวจสอบที่โรงงานและความสามารถในการทำซ้ำของการออกแบบไฟฟ้าสำคัญกว่าประสิทธิภาพของหน่วยใดหน่วยหนึ่งมาก
แบบจุ่มน้ำมัน แบบเติมเอสเทอร์ หรือแบบ dry-type — อะไรเหมาะกับโรงงานไฮโดรเจน?
ไฮโดรเจนเปลี่ยนกรณีความปลอดภัย และประเภทหม้อแปลงตามมาจากตำแหน่งที่ติดตั้ง ไฮโดรเจนเบากว่าอากาศ ติดไฟได้ในช่วงความเข้มข้นที่กว้างมาก และต้องการพลังงานน้อยมากในการจุดระเบิด ดังนั้นการวางตำแหน่งอุปกรณ์ไฟฟ้าจึงถูกควบคุมโดยการจำแนกพื้นที่ตามอนุกรม IEC 60079 และ ATEXในยุโรป และโดยNFPA 2ควบคู่กับ NFPA 70 (NEC) ในอเมริกาเหนือ
- ลานกลางแจ้ง สถานีไฟฟ้าย่อยทั่วไป หม้อแปลงเรกติไฟเออร์แบบจุ่มน้ำมันมาตรฐานมักเป็นที่ยอมรับได้ หากลานอยู่นอกเขตอันตรายที่จำแนก และการติดตั้งเคารพระยะห่างการแยกและคันกั้นที่จำเป็นสำหรับหน่วยที่เติมของเหลว
- ห้องเรกติไฟเออร์ภายในอาคาร หน่วยdry-typeแบบหล่อเรซินเป็นตัวเลือกทั่วไป: ไม่มีของเหลว ไม่ต้องมีคันกั้น ระบายอากาศง่ายกว่า และทนต่อสภาพแวดล้อมภายในอาคารที่สะอาดและควบคุมได้ดี แต่ยังต้องมีพิกัดฮาร์มอนิก เพราะภาระเรกติไฟเออร์เดียวกันยังใช้อยู่
- ในที่ที่ความเสี่ยงไฟเป็นตัวขับเคลื่อนการตัดสินใจ หม้อแปลงเติมเอสเทอร์ธรรมชาติผสมผสานการระบายความร้อนด้วยของเหลวกับจุดติดไฟสูงและความทนทานต่อความชื้นดีกว่าน้ำมันแร่ และถูกกำหนดสเปกมากขึ้นสำหรับไซต์พลังงานหมุนเวียนและไฮโดรเจนที่การรั่วไหลหรือไฟไหม้เป็นสิ่งที่ยอมรับไม่ได้ ข้อแลกเปลี่ยนคือต้นทุนและพฤติกรรมการเสื่อมสภาพที่แตกต่างเล็กน้อย ครอบคลุมในการเปรียบเทียบประเภทน้ำมัน
ข้อจำกัดเพิ่มเติมสองข้อใช้ไม่ว่าประเภทใด เสียงรบกวนสำคัญเพราะห้องเรกติไฟเออร์และโรงงานไฮโดรเจนมักถูกสร้างใกล้ผู้คน และอาจต้องใช้ถังที่บำบัดเสียงหรือตู้ dry-type และการระบายความร้อนต้องมีพิกัดสำหรับอุณหภูมิแวดล้อมจริงของพื้นที่ ไม่ใช่ตัวเลขในห้องทดลอง: โรงงานในที่ร้อนและสูงจากระดับน้ำทะเลอาจสูญเสียสัดส่วนที่มีนัยสำคัญของพิกัดก่อนที่จะใช้การลดพิกัดฮาร์มอนิกใดๆ
datasheet หม้อแปลงอิเล็กโทรไลเซอร์ของคุณต้องระบุอะไรบ้าง?
ข้อกำหนดที่จะผ่านการทบทวนการประมูลควรระบุทั้งหมดต่อไปนี้อย่างชัดเจน สิ่งใดที่ปล่อยให้เป็นนัยจะกลายเป็นข้อโต้แย้งที่การทดสอบ FAT
- กำลังพิกัดใน MVA ต่อโมดูล พร้อมการลดพิกัดฮาร์มอนิกและกฎความซ้ำซ้อนที่ระบุ
- แรงดันปฐมภูมิและช่วงแทป พร้อมประเภทแทป (ไม่มีโหลดหรือ on-load) และแทปมีไว้สำหรับการแปรผันของกริดหรือสำหรับส่วนเผื่อมุมจุดชนวน
- แรงดันทุติยภูมิและการกำหนดค่าขดลวด รวมถึงกลุ่มเวกเตอร์และจำนวนและการเลื่อนของขดลวดทุติยภูมิสำหรับงาน 6, 12 หรือ 24 พัลส์
- อินเทอร์เฟซเรกติไฟเออร์: ประเภทเรกติไฟเออร์ จำนวนพัลส์ และสเปกตรัมกระแสฮาร์มอนิกที่หม้อแปลงออกแบบมาเพื่อรองรับ
- อิมพีแดนซ์ (Uk%) ที่กระแสพิกัด พร้อมค่าความคลาดเคลื่อนและพื้นฐานการวัด
- K-factor หรือการลดพิกัดฮาร์มอนิก อ้างอิงกับสเปกตรัม พร้อมวิธีการประเมินความสูญเสีย
- ระดับฉนวนและความทนทานต่ออิมพัลส์ ประสานกับสวิตช์เกียร์ต้นทางและเรกติไฟเออร์
- ชั้นการระบายความร้อนและการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิ พร้อมการปรับแก้สำหรับอุณหภูมิแวดล้อมและความสูงที่ใช้
- ความสูญเสียและชั้นประสิทธิภาพ — เช่น GB 20052-2020 ในจีน EU 548/2014 ที่แก้ไขในยุโรป หรือ DOE 10 CFR 431 ในสหรัฐอเมริกา