1  引言

据Technavio最新市场研究报告显示，2018－2022年期间，全球可再生能源变压器市场的复合年增长率预计将接近16％。从地区来看，亚太地区引领全球可再生能源变压器市场，其市场份额增长超过12％。高能效环保型太阳能光伏干式变压器，引领着可再生能源变压器的发展趋势，真正达到技术与环境的结合，实现了节能、环保、低能耗等目的，使得其在电力、新能源汽车等行业领域有着广阔的应用前景。

本文提出了一种高效能环保型太阳能光伏干式变压器的设计方案，主要通过绕线模、线圈工艺、变压器结构等方面的优化、减少谐波对电网的影响，增强抗短路能力，改善供电质量，提高供电可靠性。

2  国内外研究现状

近年来，国外开发研制了全自动绕线机自动排线、自动张紧，提高了绕线的质量，直流换流变压器制造技术是目前世界变压器制造领域最尖端的技术之一，代表着变压器制造业的最高水平。总体来看，组合化、低损耗、低噪声、节能环保、高可靠性将是未来变压器的发展方向^[1]。

随着我国经济的快速发展，电力需求的不断增加，作为输变电系统中的主要设备变压器也得到了长足的发展。为适应和满足市场需求，许多变压器制造厂家为不断改进产品结构，提高产品性能，从国外引进先进的生产技术和装备，加强对新工艺新材料的探索，其发展呈现如下发展趋势：向大容量、高电压、高可靠性发展，向环保型发展，向小型化、便携化发展。

3  主要设计思路

3.1  简易可调绕线模

对于绕线模包括铝制的端板和复合聚酯薄膜材质的绝缘筒两部分，将端板沿圆周对称开有不同深度的阶梯凹槽，绝缘筒两端对称加工两个凸台。在线圈绕制时，凸台配合镶嵌于端板阶梯凹槽内，根据变压器容量大小及绝缘筒尺寸大小，可选择端板上的不同凹槽，达到改变线圈内径的效果。使绕线模具有以下特性：

（1）实现内径大小、绕制长度可调节，应用灵活性高；

（2）采用新型材料制作绝缘筒，性价比高；

（3）加工成本低；

（4）产品加工工艺简单，定位精度高；

3.2  非晶合金铁芯结构设计

提出一种新型非晶铁芯拉板结构，采用高导磁材料，并将拉板结构设计为环形。由于非晶合金本身具有超低空载损耗的特性，能有效的降低太阳能发电损耗，提高发电效率^[2]。环氧浇注非晶合金干式变压器实物如图1所示。

图1 环氧浇注非晶合金干式变压器

3.3  线圈工艺，结构设计

内部绕组采用双分裂式绕组结构，包含高压绕组和低压绕组，如图2所示。分裂绕组的额定电压和额定容量相同，容量之和等于变压器的总容量。双分裂式结构，既能用于连接组别Dyn11，又能满足Yyn0的接线要求，并可灵活使用，实现分裂运行、穿越运行、半穿越运行，能够有效限制网络短路电流，对节省建设投资成本与占地面积有一定的经济意义。

图2 线圈工艺

分裂变压器各绕组之间具有较大的短路阻抗，利用双分裂结构有效地限制了短路故障时的短路电流，而且当一个分裂绕组出线端发生短路时，另一个分裂绕组出线端仍能维持较高的电压，从而可以保证供电的可靠性及安全性^[3]。

4  双分裂分段结构的等值电路

分裂变压器与普通变压器的主要区别是在各铁芯柱上的低压圈线本身，没有串联或并联而将其始端和终端各自引出。因此，分裂的二次绕组之间磁的耦合是比较弱的。对分裂变压器的基本要求是：

（1）低压绕组线圈分裂的几个部分与高压线圈的绝缘结构，要求有足够的电气强度；

（2）低压线圈每一部分与高压线圈之间的阻抗值要相等；

（3）使用时，低压线圈的每一部分可分别接到发电机或电动机上，且可同时运行，也可单独运行，具有相同额定电压的分裂线圈可以并联运行；

（4）结构要简单，尽可能接近无分裂线圈变压器的结构。

因此，本项目双分裂分段结构的等值电路用一般的星形等值电路来表示，每个电抗分别为：?
   
  

图3 等值电路

一般情况下，，绕组A和B之间有一定的磁的联系^[4]。

5  结论

本文针对高效能环保型太阳能光伏变压器，提出了通过对高能效太阳能光伏干式变压器的绕线模、线圈工艺结构、变压器结构等方面的优化。可以得出以下结论

（1）采用简易可调干式变压器高压线圈绕线模，可以有效调节内径大小、绕制长度，增强应用灵活性。

（2）利用双分裂结构有效地限制了短路故障时的短路电流，保证供电的可靠性及安全性。

（3）采用非晶合金铁芯结构，能有效的降低太阳能发电损耗，提高发电效率。

参考文献：

[1] 卢洪宝, 席晓军. 论太阳能光伏发电系统原理[J]. 企业家天地, 2012, 5:73-75.

Lu Hongbao, Xi Xiaojun. On the principle of solar photovoltaic power generation system [J]. Entrepreneur world, 2012, 5:73-75.

[2] 吴财福, 张健轩, 陈裕恺编著. 太阳能光伏并网发电及照明系统[M]. 北京:科学出版社, 2009:118-124.

Wu Caifu, Zhang Jianxuan, Chen Yukai. Solar photovoltaic grid connected power generation and lighting system [M]. Beijing: Science Press, 2009: 118-124.

[3] 张兴曹, 仁贵等编著. 太阳能光伏并网发电及其逆变控制[M]. 北京:机械工业出版社, 2011:41-46.

Zhang xingcao, Ren Gui, et al. Grid connected solar photovoltaic power generation and inverter control [M]. Beijing: China Machine Press, 2011:41-46.

[4] 董密. 太阳能光伏并网发电系统的优化设计与控制策略研究[D]. 中南大学博士学位论文. 2007:42-45.

Dong Mi. Research on optimal design and control strategy of solar photovoltaic grid connected power generation system [D]. Doctoral dissertation of Central South University, 2007:42-45.

作者简介：

李杰，男，1975年生，大专，高级工程师，研究方向为变压器设计应用。