تحلیل جامع عملکرد، چالش های چندفیزیکی و راهکارهای بهینه سازی برای ترانسفورماتورهای افزاینده سه فاز در نیروگاه های تجدیدپذیر مقیاس بزرگ: مروری بر داده های تجربی هارمونیک ها، جریان هجومی، مواد پیشرفته و مدل سازی اجزای محدود

ترانسفورماتور افزاینده سه فاز به عنوان یکی از تجهیزات حیاتی و گران قیمت در نیروگاه های بادی فراساحلی، مزارع خورشیدی متمرکز و واحدهای تولید همزمان مقیاس بزرگ، نقش استراتژیکی در افزایش ولتاژ از سطح ژنراتورها به شبکه ی انتقال ایفا می کند. این مقاله به بررسی جامع مبانی نظری، پیشینه ی پژوهشی و داده های تجربی مرتبط با این ترانسفورماتورها می پردازد. بر اساس مرور منابع معتبر، استفاده از هسته ی آلیاژ آمورف در ترانسفورماتور افزاینده سه فاز ۱ مگاولت آمپر تلفات بی باری را از ۶/۲ کیلووات به ۱/۵ کیلووات کاهش می دهد، اما حساسیت آن به تنش مکانیکی با افزایش تلفات ۵۵ درصدی تحت فشار ۲۰ مگاپاسکال و چگالی اشباع پایین تر ۱/۵۶ تسلا در مقایسه با فولاد سیلیسونی با ۲/۰۳ تسلا، محدودیت های کاربردی ایجاد می کند. داده های تجربی از مزرعه ی بادی فراساحلی دریای شمال نشان می دهد که نوسانات توان بین ۲۰ تا ۱۰۰ درصد توان نامی، دمای سیم پیچ اولیه را در شرایط وزش باد متغیر به ۹۲ درجه ی سلسیوس می رساند و آنالیز گازهای محلول در روغن پس از چهار سال حاکی از تخلیه ی جزئی در ۱۵ درصد ترانسفورماتورهاست. جریان هجومی ناشی از کلیدزنی هماهنگ اینورترها می تواند به ۸/۲ برابر جریان نامی اولیه برسد و نسبت هارمونیک دوم به هارمونیک اصلی در این پدیده ۷۸ درصد است. همچنین، هارمونیک های اینورترها با فرکانس سوئیچینگ ۱۰ کیلوهرتز، تلفات مسی را ۴۵ درصد و تلفات هسته را ۲۸ درصد افزایش می دهند؛ استفاده از سیم پیچ لیتز در این شرایط تلفات مسی را ۴۵ درصد کاهش داده و دمای نقطه ی داغ را ۱۸ درجه پایین می آورد. نتایج بهینه سازی با الگوریتم ژنتیک بر روی ترانسفورماتور ۲۵ مگاولت آمپر نشان دهنده ی بهبود ۱۸ درصدی تلفات بی باری، ۱۲ درصدی تلفات باری، ۱۵ درصدی وزن و ۱۴ درصدی هزینه ی مواد نسبت به طراحی اولیه است. نتیجه گیری نهایی حاکی از آن است که طراحی نسل آینده ی ترانسفورماتورهای افزاینده سه فاز نیازمند رویکردی چندرشته ای با تاکید بر تحمل نوسانات توان، کاهش تلفات فرکانس بالا، سیستم خنک کنندگی تطبیقی و پایش هوشمند وضعیت است. پیشنهادهای ده گانه شامل توسعه ی هسته های ترکیبی هیبریدی، استانداردسازی آزمون های هارمونیکی و نوسان توان، طراحی سیستم خنک کنندگی تطبیقی، کاربرد سیم پیچ لیتز، سیستم حفاظتی تشخیص جریان هجومی مبتنی بر شبکه عصبی، مدل های دیجیتال دوقلو، نانوسیالات خنک کننده، تحمل عدم تقارن فاز، پایگاه داده ی جهانی و آموزش میان رشته ای ارائه شده است.

کلیدواژه ها:

ترانسفورماتور افزاینده سه فاز ، آلیاژ آمورف ، جریان هجومی ، هارمونیک فرکانس بالا ، سیم پیچ لیتز ، مزرعه بادی فراساحلی ، بهینه سازی الگوریتم ژنتیک ، مدل سازی اجزای محدود