光伏出海——海外项目变压器损失和变电站设计中的注意事项

在光伏和新能源电站的设计过程中，变压器与变电站常常被视为“理所当然”的存在，但事实上，它们背后隐藏的设计细节和损耗问题，往往决定了项目的成败与经济性。

本文将与大家分享升压变压器（Step-up Transformers）与变电站设计的核心要点。

一、 为什么离不开变压器？

• 电压转换：光伏发电通常在低压直流侧产生电力，而电网则运行在中压或高压交流电下。变压器通过电磁感应完成电压的提升和电能的传输。

• 降低损耗：电压升高→电流减小→线路损耗降低。尤其在大规模光伏场站中，升压变压器是保证传输效率和系统可靠性的关键环节。

变压器主要存在两类损耗：

1.铁损（无论是否带电流，都会持续存在）；

2.铜损（与电流大小相关）。

这些损耗不仅会影响能量产出计算，还会影响电网接入时的功率因数要求。

二、变电站设计的三大类型

在实际工程中，常见的变电站包括：

• 气体绝缘变电站（GIS）

• 空气绝缘变电站（AIS）

• 混合型变电站

在 Rated Power 的设计工具中，目前主要支持空气绝缘变电站。软件会根据 IEC与IEEE 标准自动推荐设计方案，也允许工程师根据实际项目手动调整参数。

设计过程中需要关注：

• 母线排布（单母线、双母线、直连型）；

• 变压器类型（双绕组或三绕组）；

• 容量与阻抗（决定能否承受短路电流）；

• 出线间隔数量（关系到对外接入的灵活性）。

三、能量模型与损耗计算

在Rated Power能量模型中，变电站及变压器的各类损耗被系统性纳入能量计算，以提升发电量预测的精度与电网运行分析的可靠性。核心损耗包括：

1.铁损（核心损耗）：即使在夜间或无发电状态下，变压器仍存在固定的能量消耗，主要由磁滞损耗和涡流损耗构成。铁损通常与电压等级及铁芯材质相关，呈现较为稳定的时间特性。

2.铜损（负载损耗）：铜损随通过绕组的电流平方关系变化，即,因此在峰值负荷下影响更大。随着发电机输出功率和负载电流的变化，铜损在总能耗中占据动态份额，对能量产出预测产生直接影响。

在光伏电站设计中，升压变压器与集控变电站的损耗是容易被忽视的隐性成本。以下是一个典型案例：

案例背景：某大型光伏电站设计阶段，工程团队重点关注光伏组件选型、逆变器效率和土地布局，却对升压变压器的铁损和铜损参数未做精细计算。

实际运行：

• 夜间或低光照时，光伏阵列发电量低，但变压器空载铁损依旧持续消耗电能，相当于每月产生几百千瓦时的额外损耗；

• 高峰发电时，铜损随电流平方增长，高温天气下变压器温升过高，迫使系统降低运行功率，导致部分可发电量无法输出；

• 无功功率影响：损耗未计入无功补偿模型，导致逆变器输出功率因数偏低，电网调度受到限制。

后果：

• 年度实际发电量比预测低 2–4%，直接影响收益；

• 设备老化加快，增加维护和更换成本；

• 项目内部成本核算偏差，投资回报周期延长。

踩坑规避策略：

1.将铁损与铜损纳入全生命周期能耗模型，而不仅仅考虑一次性投资成本；

2.使用光伏阵列负载曲线模拟不同季节和日照条件下的损耗；

3.对变压器选型进行优化，兼顾容量、材料、损耗和经济性；

4.将损耗计算结果纳入无功功率设计和功率因数校正方案中。

四、实用技巧总结

1.在设计初期，就要考虑不同国家/电网的接入规则，决定接入中压还是高压侧；

2.主变与辅变组合策略可以避免土地利用率下降；

3.调整DC/AC 比值，可在满足电网要求的同时，提高整体发电量；

4.利用软件提供的.raw文档与电气图纸导出功能，可快速对接 PSS/E、DIgSILENT等专业电网仿真工具。

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