تحلیل جامع عملکرد، مزایای اقتصادی و چالش های فنی اترانسفورماتورهای کاهنده سه فاز در سیستم های توزیع و کاربردهای تجدیدپذیر: مروری بر داده های تجربی بازده، تلفات، عدم ایزولاسیون و بهینه سازی چندهدفه

اتوترانسفورماتور کاهنده سه فاز با بهره گیری از اتصال سری و مشترک سیم پیچ ها در هر فاز، توانسته است حجم، وزن، تلفات و هزینه را در مقایسه با ترانسفورماتورهای دو سیم پیچه سه فاز معمولی به طور چشمگیری کاهش دهد. این مقاله به بررسی جامع مبانی نظری، پیشینه ی پژوهشی و داده های تجربی مرتبط با این نوع ترانسفورماتور می پردازد. بر اساس مرور منابع معتبر، استفاده از اترانسفورماتور کاهنده سه فاز ۲۰ مگاولت آمپر با نسبت تبدیل ۲۰/۱۱ کیلوولت، بازده ۹۹/۱ درصد، وزن ۱۸ تن و هزینه ی مواد ۴۲۰۰۰ دلار را نشان می دهد در حالی که نوع دو سیم پیچه هم توان به ترتیب ۹۷/۵ درصد، ۳۲ تن و ۷۰۰۰۰ دلار است. داده های تجربی نشان می دهد که استفاده از هسته ی آلیاژ آمورف در اترانسفورماتور ۵ مگاولت آمپر تلفات بی باری را از ۱۲ کیلووات به ۳ کیلووات کاهش می دهد، اما حساسیت به تنش مکانیکی با افزایش تلفات ۴۵ درصدی تحت فشار ۱۵ مگاپاسکال، یک چالش جدی در کاربردهای فراساحلی است. مهم ترین محدودیت اترانسفورماتور، فقدان ایزولاسیون گالوانیک است؛ یک پالس ضربه ی صاعقه ۳۵۰ کیلوولت در سمت اولیه، ولتاژ ۱۱۰ کیلوولت در سمت ثانویه ایجاد می کند در حالی که در نوع ایزوله این مقدار به ۵۵ کیلوولت کاهش می یابد. همچنین مولفه ی مستقیم جریان به میزان ۰/۵ درصد جریان نامی اولیه، تلفات بی باری را از ۱۲ به ۲۱ کیلووات افزایش داده و جریان مغناطیس کننده را بیش از ۲/۵ برابر می کند. هارمونیک های ناشی از اینورترها با THD برابر ۳۰ درصد، تلفات مسی را تا ۲۵ درصد افزایش می دهند و دمای روغن را ۸ درجه بالاتر می برند. نتایج بهینه سازی با الگوریتم ژنتیک بر روی اترانسفورماتور ۲۰ مگاولت آمپر نشان دهنده ی بهبود ۲۲ درصدی تلفات بی باری، ۱۸ درصدی تلفات باری، ۲۰ درصدی وزن و ۱۷ درصدی هزینه ی مواد نسبت به طراحی اولیه است. دوره ی بازگشت سرمایه برای استفاده از اترانسفورماتور در پست های توزیع ۱/۶ سال محاسبه شده است. نتیجه گیری نهایی حاکی از آن است که اترانسفورماتور کاهنده سه فاز یک انتخاب برتر و مقرون به صرفه برای کاربردهایی با نسبت تبدیل حداکثر ۳ به ۱ و بدون نیاز به ایزولاسیون است، مشروط به تامین حفاظت ها و فیلترهای مناسب. پیشنهادهای ده گانه شامل توسعه ی اترانسفورماتورهای ترکیبی با فیلترهای اکتیو یکپارچه، کاربرد هسته های نانوکریستالین، طراحی سیستم حفاظتی تطبیقی چندسطحی، استانداردسازی الزامات کیفیت توان، بهینه سازی چندهدفه با در نظر گرفتن هزینه ی فیلترها، تپ چنجر تمام الکترونیکی با کلیدهای کاربید سیلیسیم، مدل های دقیق رفتاری چندفیزیکی، عایق تقویت شده نانوکامپوزیت، پایگاه داده ی جهانی و آموزش تخصصی میان رشته ای ارائه شده است.

کلیدواژه ها:

اتوترانسفورماتور کاهنده سه فاز ، آلیاژ آمورف ، عدم ایزولاسیون گالوانیک ، مولفه مستقیم جریان ، هارمونیک اینورتر ، بازده ۹۹ درصد ، بهینه سازی الگوریتم ژنتیک ، پست توزیع هوشمند