Przewodnik projektowania transformatorów BESS: od harmonicznych do integracji z siecią

 

1. Interfejs systemowy pomiędzy siecią a BESS

 

W akumulatorowych systemach magazynowania energii (BESS) izolacja galwaniczna pomiędzy siecią a systemem magazynowania energii jest niezbędna, aby chronić falowniki i systemy akumulatorów przed przepięciami i przetężeniami powodowanymi przez zakłócenia w sieci.

Jednocześnie wymagana jest konwersja napięcia, aby dopasować ją do różnych poziomów systemu, zazwyczaj zwiększając napięcie wyjściowe falownika z 400 V do napięcia roboczego BESS 690 V lub 480 V, a następnie dalej do poziomów sieci średniego-napięcia w celu wzajemnych połączeń mediów.

Ten interfejs elektryczny osiąga się poprzez transformator BESS, który służy jako krytyczne połączenie między systemami konwersji energii a siecią elektroenergetyczną.

 

2. Funkcje akumulatorowych systemów magazynowania energii

 

Baterie-Magazynowanie energii (BESS) to system magazynowania energii-oparty na bateriach, który skutecznie magazynuje energię elektryczną wytwarzaną z różnych źródeł energii, w tym z węgla, energii jądrowej, wiatru i słońca, na wiele sposobów. Może magazynować nadwyżkę energii elektrycznej w okresach szczytowego wytwarzania energii odnawialnej (słonecznej i wiatrowej) i uwalniać ją, gdy produkcja spada lub wzrasta zużycie.

Połączenie BESS z odnawialnymi źródłami energii pomaga poprawić niezawodność i stabilność sieci, w pełni wykorzystując ekologiczną energię elektryczną. Co więcej, jeśli rozwiązanie jest odpowiednio skalowane i dobrze-zintegrowane, technologia ta może zrównoważyć ceny energii elektrycznej i zmniejszyć potrzebę modernizacji sieci opartych na paliwach kopalnych-.

 

• Golenie szczytów i śledzenie obciążenia
• Poprawa jakości zasilania
• Niezawodność i wsparcie w zakresie kopii zapasowych
• Usługi sieciowe i obsługa inteligentnych sieci

 

 

3. Co definiuje prawdziwy projekt transformatora BESS

 

Prawdziwy transformator BESS nie jest zmodyfikowanym transformatorem dystrybucyjnym.

Jest to wyspecjalizowany element elektryczny zaprojektowany specjalnie dla systemów magazynowania energii akumulatorów, w których normalne warunki pracy to cykle, harmoniczne i dwukierunkowy przepływ mocy. Działa niezawodnie w dynamicznych układach elektrycznych akumulatora, stale dostosowując się do zmieniających się warunków obciążenia i kształtu fali.

 

3.1 Zaprojektowany do ciągłego przełączania energii

 

Transformator BESS działa w ramach powtarzających się cykli ładowania i rozładowywania, często kilka razy dziennie. Takie cykliczne zachowanie stwarza warunki naprężeń termicznych i elektrycznych, które nie występują w tradycyjnych zastosowaniach dystrybucyjnych.

Kluczowe kwestie projektowe obejmują:

• Zoptymalizowany układ chłodzenia ONAN / ONAF do pracy cyklicznej
• Materiały izolacyjne o wysokiej klasie termicznej, zapewniające dłuższą wytrzymałość termiczną
• Kontrolowany wzrost temperatury-gorących punktów w warunkach obciążenia dynamicznego
• Stabilna wydajność przy częstych wahaniach obciążenia

Zapewnia to długoterminową-niezawodność systemu magazynowania energii, w którym oczekuje się ciągłego przesyłu energii.

 

3.2 Harmoniczny-projekt tolerancyjny dla systemów opartych na inwerterach-

 

W nowoczesnych systemach elektrycznych BESS systemy konwersji mocy (PCS) i falowniki wprowadzają znaczne zniekształcenia harmoniczne i nie-liniowe warunki obciążenia.

Odpowiedni transformator BESS musi zatem obejmować:

• Projekt o współczynniku K-(zazwyczaj K-4 do K-20, w zależności od zastosowania)
• Zredukowany strumień rozproszony i zoptymalizowana konstrukcja ścieżki magnetycznej
• Ulepszona struktura uzwojenia w celu zminimalizowania strat harmonicznych
• Niższe prądy wirowe i dodatkowe straty błądzące

Funkcje te poprawiają stabilność termiczną i niezawodność działania w-środowiskach bogatych w harmoniczne, typowych dla-dużych instalacji BESS.

3.3 System izolacji o wysokim dv/dt do przełączania PCS

 

Szybkie operacje przełączania w systemach PCS generują wysokie naprężenia napięciowe dv/dt, które wywierają ciągły nacisk na systemy izolacji transformatorów.

Aby zapewnić długoterminową-niezawodność dielektryczną, prawdziwy transformator BESS wymaga:

• Wysoka wytrzymałość izolacji dv/dt
• Struktura izolacyjna odporna na wyładowania niezupełne-
• Wzmocniona konstrukcja koordynacji dielektrycznej
• Zwiększona tolerancja napięcia udarowego w warunkach przejściowych

Takie podejście projektowe chroni transformator przed powtarzającymi się{0}}naprężeniami elektrycznymi o wysokiej częstotliwości generowanymi w systemie magazynowania energii.

3.4 Ekranowanie elektromagnetyczne i stabilność sieci

 

Ekranowanie elektrostatyczne i elektromagnetyczne jest niezbędne w-zastosowaniach BESS podłączonych do sieci, szczególnie tam, gdzie jakość energii i stabilność sieci mają kluczowe znaczenie.

Jego funkcje obejmują:

• Zmniejszenie sprzężenia pojemnościowego pomiędzy uzwojeniami
• Tłumienie przejściowych zakłóceń napięcia
• Poprawa wydajności kompatybilności elektromagnetycznej (EMC).
• Zwiększenie stabilności w słabych warunkach sieci

Jest to szczególnie ważne w-systemach zasilania BESS na skalę użyteczności publicznej, w których wiele falowników pracuje równolegle.

 

3.5 Konstrukcja rdzenia o niskich{{1}stratach i zapewniająca wysoką-wydajność działania

 

Ponieważ energia w systemie BESS przechodzi przez transformator zarówno podczas cykli ładowania, jak i rozładowywania, nawet niewielkie straty mogą znacząco wpłynąć na ogólną wydajność systemu.

 

Typowe optymalizacje projektu rdzenia obejmują:

Te ulepszenia bezpośrednio przyczyniają się do wyższej wydajności-podróży w obie strony w BESS.

 

3.6 Ekologiczne-przyjazne-ogniowe i ognioodporne systemy izolacyjne

 

 

3.7 Wymagania inżynieryjne-poziomu systemu

Transformator BESS musi być zintegrowany z pełnym systemem magazynowania energii:

• Niestandardowa impedancja dla obciążeń PCS
• Kompatybilność z wieloma konfiguracjami falowników
• Wysoka odporność na przeciążenia bez degradacji izolacji
• Integracja z systemami rozdzielnic i zabezpieczeń
• Dwukierunkowe wsparcie operacji

 

4. Rozwiązania transformatorowe BESS firmy SCOTECH

 

SCOTECH dostarcza opracowane rozwiązania w zakresie transformatorów dla BESS, obejmujące transformatory montowane na podkładkach, transformatory małych podstacji i transformatory mocy.

Każde rozwiązanie jest zaprojektowane specjalnie pod kątem wymagań systemu elektrycznego BESS, takich jak:

• Dwukierunkowy przepływ mocy
• Zniekształcenia harmoniczne z systemów PCS
• Ciągła praca cykliczna

Zamiast standardowego sprzętu dystrybucyjnego, SCOTECH koncentruje się na-konstrukcji transformatorów dostosowanych do konkretnych zastosowań, zapewniających rzeczywiste warunki magazynowania energii.

4.1. Transformator montowany na podkładce do zastosowań BESS

 

Transformatory montowane na podkładkach są szeroko stosowane w kontenerowych i komercyjnych systemach BESS, zapewniając kompaktowy i wydajny interfejs pomiędzy PCS a siecią.

4.2. Mały transformator podstacyjny do integracji z siecią BESS

 

Małe transformatory podstacyjnesą stosowane w systemach połączeń wzajemnych średniego-BESS, gdzie kondycjonowanie zasilania i zgodność z siecią mają kluczowe znaczenie.

 

4.3. Transformator mocy do-systemów BESS w skali

 

Transformatory mocy są stosowane w dużych-magazynach energii i projektach BESS-na poziomie sieci, gdzie wydajność i niezawodność bezpośrednio wpływają na zwrot z inwestycji systemu.

 

 

4.4. Możliwości inżynieryjne i integracja SCOTECH BESS

 

 

W akumulatorowym systemie magazynowania energii (BESS) transformator nie jest samodzielnym komponentem, ale kluczowym interfejsem pomiędzy PCS a siecią.

Typowy system elektryczny BESS obejmuje moduły akumulatorów, BMS, PCS, transformator, rozdzielnicę i połączenie z siecią, w których energia przepływa w obu kierunkach podczas ładowania i rozładowywania.

Aby zapewnić stabilną pracę w tych warunkach, SCOTECH projektuje transformatory w oparciu o rzeczywiste wymagania systemowe, a nie standardowe konfiguracje.

 

Kluczowe możliwości obejmują:
• Projekt niestandardowy oparty na konfiguracji PCS/inwertera
• Optymalizacja profilu obciążenia i pracy cyklicznej
• Konstrukcja tolerująca-harmoniczne dla systemów napędzanych-inwerterami
• Dopasowanie impedancji dla stabilnej integracji systemu
• Wysoka odporność na przeciążenia bez zmniejszania trwałości izolacji
• Zgodność ze standardami IEEE/ANSI/CSA/IEC

 

Transformatory SCOTECH są szeroko stosowane w projektach BESS-na skalę użyteczności publicznej, C&I oraz w projektach hybrydowych dotyczących energii odnawialnej i magazynowania.

 

5. Dlaczego konstrukcja transformatora bezpośrednio wpływa na zwrot z inwestycji

 

W akumulatorowym systemie magazynowania energii (BESS) transformator jest często niedoceniany.

Ale ma to bezpośredni wpływ na:

6. Wniosek

 

W miarę ciągłego rozwoju systemów magazynowania energii akumulatorowej transformator BESS stał się kluczowym elementem integracji sieci, wydajności systemu i niezawodności działania. W przeciwieństwie do tradycyjnych transformatorów musi wytrzymywać dwukierunkowy przepływ mocy, ciągłe cykle, harmoniczne i szybkie przełączanie falownika. Właściwy projekt transformatora ma bezpośredni wpływ na wydajność, stabilność i-długoterminową rentowność nowoczesnych projektów BESS.