在光伏和新能源電站的設(shè)計過程中，變壓器與變電站常常被視為“理所當(dāng)然”的存在，但事實上，它們背后隱藏的設(shè)計細(xì)節(jié)和損耗問題，往往決定了項目的成敗與經(jīng)濟(jì)性。

本文將與大家分享升壓變壓器（Step-up Transformers）與變電站設(shè)計的核心要點(diǎn)。

一、?為什么離不開變壓器？

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• 電壓轉(zhuǎn)換：光伏發(fā)電通常在低壓直流側(cè)產(chǎn)生電力，而電網(wǎng)則運(yùn)行在中壓或高壓交流電下。變壓器通過電磁感應(yīng)完成電壓的提升和電能的傳輸。

• 降低損耗：電壓升高→電流減小→線路損耗降低。尤其在大規(guī)模光伏場站中，升壓變壓器是保證傳輸效率和系統(tǒng)可靠性的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

變壓器主要存在兩類損耗：

1.鐵損（無論是否帶電流，都會持續(xù)存在）；

2.銅損（與電流大小相關(guān)）。

這些損耗不僅會影響能量產(chǎn)出計算，還會影響電網(wǎng)接入時的功率因數(shù)要求。

二、變電站設(shè)計的三大類型

在實際工程中，常見的變電站包括：

• 氣體絕緣變電站（GIS）

• 空氣絕緣變電站（AIS）

• 混合型變電站

在?Rated Power?的設(shè)計工具中，目前主要支持空氣絕緣變電站。軟件會根據(jù) IEC與IEEE 標(biāo)準(zhǔn)自動推薦設(shè)計方案，也允許工程師根據(jù)實際項目手動調(diào)整參數(shù)。

設(shè)計過程中需要關(guān)注：

• 母線排布（單母線、雙母線、直連型）；

• 變壓器類型（雙繞組或三繞組）；

• 容量與阻抗（決定能否承受短路電流）；

• 出線間隔數(shù)量（關(guān)系到對外接入的靈活性）。

三、能量模型與損耗計算

在Rated Power能量模型中，變電站及變壓器的各類損耗被系統(tǒng)性納入能量計算，以提升發(fā)電量預(yù)測的精度與電網(wǎng)運(yùn)行分析的可靠性。核心損耗包括：

1.鐵損（核心損耗）：即使在夜間或無發(fā)電狀態(tài)下，變壓器仍存在固定的能量消耗，主要由磁滯損耗和渦流損耗構(gòu)成。鐵損通常與電壓等級及鐵芯材質(zhì)相關(guān)，呈現(xiàn)較為穩(wěn)定的時間特性。

2.銅損（負(fù)載損耗）：銅損隨通過繞組的電流平方關(guān)系變化，即,因此在峰值負(fù)荷下影響更大。隨著發(fā)電機(jī)輸出功率和負(fù)載電流的變化，銅損在總能耗中占據(jù)動態(tài)份額，對能量產(chǎn)出預(yù)測產(chǎn)生直接影響。

在光伏電站設(shè)計中，升壓變壓器與集控變電站的損耗是容易被忽視的隱性成本。以下是一個典型案例：

案例背景：某大型光伏電站設(shè)計階段，工程團(tuán)隊重點(diǎn)關(guān)注光伏組件選型、逆變器效率和土地布局，卻對升壓變壓器的鐵損和銅損參數(shù)未做精細(xì)計算。

實際運(yùn)行：

• 夜間或低光照時，光伏陣列發(fā)電量低，但變壓器空載鐵損依舊持續(xù)消耗電能，相當(dāng)于每月產(chǎn)生幾百千瓦時的額外損耗；

• 高峰發(fā)電時，銅損隨電流平方增長，高溫天氣下變壓器溫升過高，迫使系統(tǒng)降低運(yùn)行功率，導(dǎo)致部分可發(fā)電量無法輸出；

• 無功功率影響：損耗未計入無功補(bǔ)償模型，導(dǎo)致逆變器輸出功率因數(shù)偏低，電網(wǎng)調(diào)度受到限制。

后果：

• 年度實際發(fā)電量比預(yù)測低?2–4%，直接影響收益；

• 設(shè)備老化加快，增加維護(hù)和更換成本；

• 項目內(nèi)部成本核算偏差，投資回報周期延長。

踩坑規(guī)避策略：

1.將鐵損與銅損納入全生命周期能耗模型，而不僅僅考慮一次性投資成本；

2.使用光伏陣列負(fù)載曲線模擬不同季節(jié)和日照條件下的損耗；

3.對變壓器選型進(jìn)行優(yōu)化，兼顧容量、材料、損耗和經(jīng)濟(jì)性；

4.將損耗計算結(jié)果納入無功功率設(shè)計和功率因數(shù)校正方案中。

四、實用技巧總結(jié)

1.在設(shè)計初期，就要考慮不同國家/電網(wǎng)的接入規(guī)則，決定接入中壓還是高壓側(cè)；

2.主變與輔變組合策略可以避免土地利用率下降；

3.調(diào)整DC/AC?比值，可在滿足電網(wǎng)要求的同時，提高整體發(fā)電量；

4.利用軟件提供的.raw文檔與電氣圖紙導(dǎo)出功能，可快速對接?PSS/E、DIgSILENT等專業(yè)電網(wǎng)仿真工具。

RatedPower是由西班牙研發(fā)并獲得國際業(yè)主認(rèn)可的光伏設(shè)計軟件，主要用于項目投標(biāo)階段的方案、報告、圖紙、預(yù)算和財務(wù)評估的快速生成，同時也適用于其他階段。

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