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热循环及其对分布式光伏电网变压器的影响
在美国的大多数地理位置，当逆变器运行时，太阳能发电设备经历稳态负载。当太阳出来时，在变压器上，有一个阻尼的反应和加载过程，使其更加恒定。 整个过程被控制在特定位置的日射数。 这样的空载操作变压器完全由不同的参数组控制。
来自光伏电池的分布式能量产生在白天是随着入射太阳辐射变化而不是恒定的。 存在间歇云可以影响在一个位置可用的总辐照度。因此，全世界不同地区之间的电力传输的增加是可以预测的。 在运行期间，变压器升温或降温取决于变化的负载。 这被称为热循环或热循环。 连接到这种网格上的分布式光伏电网变压器（DPV-GT）通常带着变化的负载。这些负载可以是线性或非线性负载。引起总谐波失真（THD）电流的非线性负载可能会增加损耗。这些负载变化主要取决于一天中的某些时间，因为消费者在特定时间需要更多的功率。通常，在北美，负载周期在一天的早上上升，例如从上午6:00到上午8:00，然后从下午4:00到下午6:30。高电场强度是峰值功率传输的结果，结合热循环会对变压器绝缘有影响。未来的网格仍然会有一部分由现今的部件组成，并且一些即将被淘汰的部件例如变压器将被资产管理策略所替代。太阳能作为可再生能源通常通过硅技术转换器，如绝缘栅双极晶体管（IGBT）和集成门极换流/控制晶闸管（IGCT）被连接到电网。这些转换器在电网中引入瞬态尖峰。 因此，在设计连接到诸如DPV-GT的电网的变压器时，需要考虑温度循环和瞬变对变压器绝缘的影响。
太阳能发电系统通常工作在非常接近其额定负载。由于负载从额定值的变化明显较低，变压器的操作受到不利影响，引起引导铁芯线圈结构的绝缘配合的参数的劣化。
分布式光伏电网变压器
图9.1带散热器管配置的变压器箱
初级和次级绕组的力是很大的，因此减轻了可能在机械结构的设计中出现的问题。
蓄电池与PV系统中的变压器的交互可以控制负载一致性并减轻所感知的问题。
即使利用在热运行期间解决谐波含量的损失校正，由于绕组中谐波电流分布的性质以及在热运行期间其如何不同，热点温度可能不能代表实际条件。对于DPV-GT，CIGRE联合特遣队推荐“带过载的延长负载运行”。
为了控制充油DPV-GT的热循环，他们通过标准散热器冷却，如图9.1所示。 适当选择与不同因素协调的散热器和风扇有助于有效地调节和监测热循环。
- 有效绕组长度以上的辐射百分比=（100times;）/（管长）。
- 油灭弧（OB）冷却的最佳空气系数Af为2.0，强制油灭弧（OFB）的冷却系数Aff为2.81。这些因素通常用于初步计算以确定风扇。 选择最合适的风扇后，在计算所需的实际OB或OFB耗散时使用适当的空气系数。
- 标称功耗如表9.1所示。 对于所有这些计算，通常考虑0.55W / in 2的箱表面耗散。
9.1没有定向油流动的绕组的梯度
表9.6和其他的按顺序给出了用瓦/平方英寸来计算以给出高于顶部油温度的梯度的因子。这是在在特定位置处的阴天和间歇性辐照引起的热循环下保持变压器的适当冷却的必要步骤。此外，顶部油表面积是暴露于垂直管道的净面积加上暴露于水平管道的有效净面积的总和（表9.7）。
图9.2裸导体带绝缘套
如果对于给定的管道宽度，线圈的径向深度超过给定值，则在估计冷却表面的总有效面积时不应包括附加的水平面积。
最后，冷却设备需要设计成在保证温升以下具有以下余量：
油温在lt;1 1/20℃至 48 1/20℃gt;之间上升500℃。
电阻温度在lt;20℃至 580℃gt;上升600℃。
电阻温度在lt;30℃ 至 620℃gt;上升650℃。
上述分析有助于调整由多云天空引起的DPV-GT的热循环。
表格9.6
没有定向油流动的绕组中的梯度因数，如图9.3所示
图9.3
带有内部圆盘的盘式绕组和带有绝缘覆盖的裸露导体
9.2一些商业环氧材料及其对DPV-GTs的优势
1.最小或几乎没有收缩，最佳介电性能，高尺寸稳定性，优异的粘附性和热循环性能
2.双组分体系，其在室温下硬化并且具有在100℃和130℃之间的使用温度
3.单组分和双组分热固化系统，能够承受高达200℃的温度
表格9.7
表格9.8
相对于管道宽度的绕组的径向深度和轴向长度
- 含有赋予导热性，低热膨胀系数，低收缩率和阻燃性的无机成分的填充灌封化合物
未填充的化合物大多是透明的，并在需要最低粘度时使用，并且需要容易地鉴定有缺陷的部件以用于更换和修理。
所有的太阳能化合物作为阻燃（FR）产品都是耐火的，并且在指定的情况下，保险商实验室认定为火焰等级UL 94V-O。 自定义公式在所有类别中可用，并且包装在1,5和55加仑套件。
9.3一些商业产品及其应用
铸件有敏感的电子元件，灌封电信设备，热切断开关，灌封镇流器，泵，浪涌抑制器，连接器，开关，继电器，线圈，变压器，电源，电阻器，电磁阀，接近开关，晶体管， 电源线滤波器，定时器等。
对于干式或树脂铸造的DPV变压器，使用合适的太阳能灌封和封装化合物来减轻和减轻热循环效应。 市场上可获得的这些化合物中的一些描述如下。
太阳能灌封和封装化合物通过改进散热和部件保护免受冲击和振动，延长DPV-GT，电源，电子设备和现代高强度放电（HID）汽车前灯系统的寿命。
EP-0597：中等粘度未填充的环氧树脂灌封和浇注复合物; 透明，半刚性固化与Solarcure 5; 优异的耐热冲击性和良好的电气性能; 使用Solarcure-6，产生优异的粘合性和低杜罗效应; 低应力和良好的热冲击性能，允许部件更换和修复
EP-211FRHTC_SCl-2：根据所使用的硬化剂，可以是室温或热固化的导热，中等粘度的环氧树脂灌封和浇注复合物。 使用Solarcure l（SCl），可以生产工作温度高达t0 1300℃的UL 94V-O产品。 使用Solarcure 2（SC2），可以获得使用温度高达1550℃的热固化产品。 其他定制太阳能固化剂可用于调整粘度，硬度，固化时间，放热，使用温度，热冲击和电阻等。
EP-211FRHTC_SC2-2B：导热，阻燃，UL 94V-O认证，中等粘度环氧树脂灌封和浇注复合物; 室温或热固化，取决于所选择的硬化剂; 工作温度上升t0 1550C与Solarcure 2（SC2）;工作温度上升t0 2000C与Solarcure 2B（SC2B）。 其他太阳能固化剂可用于调节粘度，硬度，固化时间，放热，使用温度，耐热冲击性等。
10分布式电源质量 光伏电网电力变压器
10.1电源质量要求
电力质量的特征在于稳定的额定交流电压和频率在规定的公差内，没有电压闪烁，电压骤降或下降，谐波，频率变化，相位角变化等。随着在配电网络中实现的SPV系统的高连接密度， 辐照度可能导致电能质量差，导致敏感电灯泡，电视机，洗衣机，交流电，微波炉，电脑等电子设备故障或降低其寿命。 因此逆变器的设计起着非常重要的作用。 它监控各种参数，控制它们并采取纠正措施。 良好的逆变器产生具有以下最低要求的定性AC：
. 低谐波和波形失真：奇次谐波和偶次谐波的存在限制为小于5％的THD。 谐波对变压器的 负面影响通常不被注意和忽略，直到实际故障发生。 一般来说，设计为以额定频率工作的变压器已将其负载替换为非线性类型，其将谐波电流注入系统中。
. 低电流注入电网：涉及MPPT系统的方案需要设计为满足必要的IEEE规范的要求：519/1547
. 在极限电压不平衡
. 电压波动有限
. 有限电压闪烁：逆变器中使用的硅电路导致主电源线损坏，导致电压闪烁，这可能导致住宅客户的灯泡非常严重地影响，导致它们随着时间的推移而熔断并被毁坏。 电压闪烁也影响不断使用计算机的个人的视力，因为屏幕可以经历亮度的变化。
1 太阳能充放电控制器现状
1.1太阳能光伏发电
太阳能作为新能源有着巨大的优势，所以世界各国都在努力研发新技术进行获取比较成熟的是太阳能光伏发电技术。太阳能光伏发电现已成为新能源和可再生能源的重要组成部分，也被认为是当前世界最有发展前景的新能源技术。目前太阳能光伏发电装置已广泛应用于通讯、交通、电力等各个方面。
在进行太阳能光伏发电时，由于一般太阳能极板输出电压不稳定，不能直接将太阳能极板应用于负载，需要将太阳能转变为电能后存储到一定的储能设备中，如铅酸蓄电池。但只有当太阳能光伏发电系统工作过程中保持蓄电池没有过充电，也没有过放电，才能使蓄电池的使用寿命延长，效率也得以提高，因此必须对工作过程加以研究分析而予以控制，这种情况下太阳能充电控制器应运而生。
1.2充电控制器的作用及现状
太阳能充电控制器具备充电控制、过充保护、过放保护、防反接保护及短路保护等一系列功能，解决了这一难题，这样控制器在这个过程中起着枢纽作用，它控制太阳能极板对蓄电池的充电，加快蓄电池的充电速度，延长蓄电池的使用寿命。同时太阳能充放电控制器还控制蓄电池对负载的供电，保护蓄电池和负载电路，避免蓄电池发生过放现象，由此可见，控制器具有举足轻重的作用。
目前市场上有各种各样的太阳能控制器，但这些控制器主要问题对于蓄电池的保护不够充分，不合适的充放电方式容易导致蓄电池的损坏，使蓄电池的使用寿命降低。目前，控制器常用的蓄电池充电法包括三种;恒流充电法、阶段充电法和恒压充电法。但是这些方法由于充电方式单一加上控制策略不够完善，都存在一定的
局限性。另一方面，当蓄电池给负载供电时，由于控制器不能时刻检测蓄电池的电压这样很容易发生蓄电池的过放电，将会导致蓄电池的深度放电，严重影响其寿命。所以，如何改善太阳充控制器的充放电方式，开发性能优良的充放电控制器，提高其在实际应用中的效率，成为了一个重要的研究方面。
2 控制器类型
控制器的基本功能类似于电压调整器，主要用于防止蓄电池被太阳电池方阵过充电和被负载过放电。控制器主要有四种类型;旁路控制器 、串联控制器 、多阶控制器和脉冲控制器。
2.1 旁路控制器
旁路控制器主要用于小型光伏系统。当蓄电池充满时，通过旁路蓄电池来防止过充电。旁路控制器的电路系统监控蓄电池电压，当达到标志着蓄电池充满的予置电平时过充电流将被功率晶体管旁路到电阻器，将多余的额外功率转变为热。旁路控制器的功率晶体管有带翅的散热器，帮助发散热量。旁路控制器也可与二极管结合以防止夜间电流从蓄电池流回方阵。二极管的作用如同一种形式的阀门充电期间允许电流流入蓄电池，在夜间防止蓄电池电流向方阵“回流”或称“反向泄漏”。旁路控制器设计简单。价格便宜，为避免周围环境影响，电路系统完全是密封的同时叉要便于为冷却翅提供通风路径。分流控制的缺点是有限的负载操作能力和有通风要求。
2.2 串联控制器
当蓄电池电压达到被称为充电终止点的予置电压值时,串联控制器通过开关切断电流，防止蓄电池过充。当蓄电池达到充电恢复调整点低端予置电平时，控制器将方阵和蓄电池接通。合成一体的内置定时器,在充电过程中至蓄电池组放电终止期间，进行恒压充电循环。串联控制器使用传感器来代替二极管通断电路,以防止夜间的“反向泄漏”。由于不需要发散热量，串联控制器不安装散热器。体积小价格便宜的串联控制器，叫“旁路控制器”具有更大的负载操作能力，通常也不要求特殊的通风。如图1。
2.3 多阶控制器
多阶控制器依据蓄电池的充电状态，自动设定不同的充电电流。当蓄电池处于未充满状态时，允许方阵电流全部流进蓄电池。当蓄电池组接近充满时，控制器消耗掉一些方阵输出功率，以便减少流进蓄电池的电流。当蓄电池组漫漫接近完全充满时 “涓流”充电渐渐停止。这种充电方式可以延长蓄电池使用寿命。多阶控制器需耍适当的通风，通常这种控制器设一个继电器开关，防止“反向泄漏”。
2.4 脉冲控制器
脉冲控制器以“斩波”方式工作，对蓄电池进行脉冲充电脉冲控制器的核心部件是一个受充电电压调制的“充电脉冲发生器”。开始充电时脉冲控制器以宽脉冲充电，随着充电电压的上升，充电脉冲宽度逐渐变窄，平均充电电流减小。当充电电压达到予置电平时，充电脉冲宽度变为零，充电终止。脉冲控制器充电方法合理，效率高。
3 控制器性能特点
3.1 过放电保护
使蓄电池避免过度放电，是光伏系统控制器的另一重要功能。如果不注意，光伏系统的负载能够轻易地耗尽蓄电池的电能。一般的光伏系统控制器都具有保护循环蓄电池过度放电的功能。控制器防止蓄电池过放电的措施有： (1)在达到予置的待充电电平时断开负载。
- 信号灯或蜂鸣器动作报警，显示蓄电池电压过低。
(3)自动接通一个后备电源。当蓄电池处于低的荷电状态时，启动后备电源，例如柴油发电机向蓄电池组充电。
当蓄电池被充满后，控制器断开后备电源，光伏系统重新开始它的蓄电池充电运行。
3.2 控制器功能选择
商品化制造的光伏系统控制器，其功能特点各有不同可根据下列的控制器功能特点进行选择。
(1)温度补偿，依据环境温度调整蓄电池充电电流。
(2)负载断路器，当更换熔断器有困难或不能满足需要时，
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