光伏电站载荷特点及变压器类型选择
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发布时间：2024-08-04 15:03:42
我国“碳达峰”、“碳中和”目标的提出，彰显了我国对于节能减排的坚定决心，而
光伏发电作为新能源中最为大范围的应用的发电方式，其载荷等方面特点与我国最常见的火力发电不同，因此人类对于光伏电站变压器的要求也不一样。功率在10MW以上的光伏电站为了并入电网，通常也需要变压器在其中发挥作用，相比大多数电网用配电变压器，其作用由降压变为升压。对于10MW及以上的光伏电站而言，需要用电力变压器来进行升压和并网，最终供给电网用户。
变压器因绝缘介质类型不同可分为干式变压器与油浸式变压器，常见的油浸式变压器又可分为矿物油变压器与植物油变压器。光伏电站使用的变压器需要从这三类变压器中进行选择。
光伏电站的特点是长时间置于阳光之下，光伏电站发电有很强的峰谷特征，这是选择变压器时应思考的；光伏电站成本回收周期较长，采购时变压器的成本和实际使用中运行成本同时都需要纳入考量；光伏发电站设立的目的是提供清洁能源，因此光伏发电站所用各种设备也应该是环境友好的。另外，光伏电站一般地处偏远且价值较高，防火安全特性同样是需要考虑的一个因素。
根据光伏电站上述特性及需求，干式变压器由于价格较高且损耗较高，非特殊原因，正常情况下不会被光伏电站采用。而在矿物油变压器与植物油变压器的选择上，植物油变压器可承受的温升更高、寿命更加长、防火性能优异、对环境友好无污染且便于维护，很适合应用于光伏发电站。
首先，我们从光伏电站的负荷特点方面来进行讨论。相同条件下，使用天然酯（植物油）的液浸式变压器相比于矿物油变压器的耐热等级更高，根据IEC 60076-14/GB1094.14中的附录C，在不更换绝缘纸的条件下，植物油能大大的提升绝缘系统的耐热等级，如矿物油105℃耐热等级绝缘系统在植物油条件下可被提高到120℃等级；温升转换到寿命，植物油变压器绝缘系统将是矿物油变压器绝缘系统寿命的4倍以上。全寿命周期条件下植物油变压器明显更具经济性，当然从寿命的角度分析也存在一定的局限性，即光伏电站并不是特别需要如此长寿的变压器。
我们从另外一个角度来看待这样的一个问题。同样条件下，植物油变压器温升限值更高，在相同峰值负荷的光伏电站中，相比于矿物油变压器，我们大家可以购买容量更小的植物油变压器使用。即使目前植物油成本更高，但若能使用更小容量的变压器，在铜铁比例合适的条件下，植物油变压器成本可能更低。关于选择更小容量的变压器，对于光伏发电，变压器最大负荷状态仅出现在中午时间段，只要保证该日负荷最大的时刻变压器温升不超过规范的限值即可。所以，光伏电站的变压器的设计容量应该依据植物油变压器的更高的温升限值相对传统矿物油变压器加以改变。或者从另外一个角度说，高温升限值使得植物油变压器能在完全不牺牲寿命的条件下相对于矿物油变压器过载使用，即中午短时的部分能够最终靠“超载容量”来弥补，变压器容量仅设计在满足上午某个时刻的某个更小容量即可。当然另外一个因素也值得考虑，那就是“过载”带来的损耗，因此就需要综合负荷特点、绝缘系统类型、变压器铜铁原材料价格、损耗电费等多个角度进行评定和选择。
植物油变压器对环境更加友好。植物油还具备良好的环境友好特性，植物油降解率接近100%，无环境负担，且无毒性，对动植物与人体无害。同时完美符合国家战略相关的碳排放要求，即碳排放在整个生命周期仅为传统矿物油的1/64，这些属性与光伏发电本身的环保特性非常契合。
植物油变压器具有优秀的防火性能。变压器油防火安全最重要的火灾危险性参数是燃点。开口杯燃点高于300C的绝缘液被国际电工委员会定义为K级绝缘液，即高燃点绝缘油。所有K级液体均能降低变压器事故初始程度并防止油池火发生。植物油变压器闪点300C,燃点350C,是矿物油的2倍以上。使用植物油的变压器，其发生火灾或爆炸的风险远远低于传统矿物油变压器。截止2022年，全球范围内投入运行的植物油变压器已超越300万台，还没有一台使用植物油（天然酯）的变压器有过起火记录。光伏电站通常地处偏远，若发生火灾事故难以第一时间得到消防救援，在防火安全性方面，用植物油变压器代替传统的矿物油变压器是一个更加理想的解决方案。
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