Ghid de proiectare a transformatoarelor BESS: de la armonici la integrarea în rețea

 

1. Interfața de sistem între Grid și BESS

 

În sistemele de stocare a energiei pe baterii (BESS), izolarea electrică între rețea și sistemul de stocare a energiei este esențială pentru a proteja invertoarele și sistemele de baterii de condițiile de supratensiune și supracurent cauzate de perturbațiile rețelei.

În același timp, conversia tensiunii este necesară pentru a se potrivi cu diferite niveluri de sistem, de obicei trecând de la ieșirea invertorului de 400 V la tensiunea de funcționare BESS de 690 V sau 480 V și mai departe la niveluri de tensiune medie-rețelei pentru interconectarea utilităților.

Această interfață electrică este realizată prin transformatorul BESS, care servește drept legătură critică între sistemele de conversie a energiei și rețeaua de utilități.

 

2. Funcțiile sistemelor de stocare a energiei bateriei

 

Bateria-de stocare a energiei (BESS) este un sistem de stocare a energiei-baterie care stochează eficient electricitatea generată din diferite surse de energie, inclusiv cărbune, energie nucleară, eoliană și solară, în mai multe moduri. Poate stoca excesul de energie electrică în perioadele de vârf de generare de energie regenerabilă (solară și eoliană) și o eliberează atunci când producția scade sau consumul crește.

Combinarea BESS cu sursele de energie regenerabilă ajută la îmbunătățirea fiabilității și stabilității rețelei, utilizând pe deplin electricitatea verde. În plus, dacă soluția este la scară adecvată și bine-integrată, această tehnologie poate echilibra prețurile energiei electrice și poate reduce nevoia de modernizare a rețelelor bazate pe combustibili fosili-.

 

• Vârful de bărbierit și urmărirea sarcinii
• Îmbunătățirea calității puterii
• Fiabilitate și suport de rezervă
• Servicii de rețea și asistență pentru rețea inteligentă

 

 

3. Ce definește un adevărat design de transformator BESS

 

Un transformator BESS adevărat nu este un transformator de distribuție modificat.

Este o componentă electrică specializată concepută special pentru sistemele de stocare a energiei bateriei, în care ciclul, armonicile și fluxul de putere bidirecțional sunt condiții normale de funcționare. Funcționează în mod fiabil în cadrul sistemelor electrice dinamice ale unui sistem de stocare a energiei bateriei, adaptându-se continuu la condițiile de încărcare și forme de undă în schimbare.

 

3.1 Proiectat pentru ciclul energetic continuu

 

Un transformator BESS funcționează în cicluri repetate de încărcare și descărcare, adesea de mai multe ori pe zi. Acest comportament ciclic creează condiții de stres termic și electric care nu sunt prezente în aplicațiile tradiționale de distribuție.

Considerațiile cheie de proiectare includ:

• Sistem de răcire ONAN / ONAF optimizat pentru funcționare ciclică
• Materiale de izolare cu clasa termica ridicata pentru rezistenta termica extinsa
• Creșterea controlată a temperaturii-punctului fierbinte în condiții de încărcare dinamică
• Performanță stabilă în condiții de fluctuații frecvente de sarcină

Acest lucru asigură fiabilitatea-pe termen lung în sistemul de stocare a energiei unde este de așteptat un debit continuu de energie.

 

3.2 Design armonic-tolerant pentru sistemele bazate pe-invertor

 

În sistemele electrice moderne BESS, sistemele de conversie a puterii (PCS) și invertoarele introduc distorsiuni armonice semnificative și condiții de încărcare ne-liniară.

Prin urmare, un transformator BESS adecvat trebuie să includă:

• K-Design cu factor de evaluare (de obicei K-4 până la K-20, în funcție de aplicație)
• Flux parazit redus și design optimizat al căii magnetice
• Structura de înfășurare îmbunătățită pentru a minimiza pierderile armonice
• Curenți turbionari mai mici și pierderi suplimentare suplimentare

Aceste caracteristici îmbunătățesc stabilitatea termică și fiabilitatea operațională în mediile bogate în-armonici, tipice instalațiilor BESS la scară largă-.

3.3 Sistem de izolare dv/dt ridicat pentru comutarea PCS

 

Operațiunile rapide de comutare în sistemele PCS generează stres de tensiune dv/dt ridicat, care pune presiune continuă asupra sistemelor de izolație a transformatoarelor.

Pentru a asigura -fiabilitatea dielectrică pe termen lung, un transformator BESS adevărat necesită:

• Capacitate mare de rezistență la izolație dv/dt
• Structură de izolație rezistentă-descărcărilor parțiale
• Proiectare de coordonare dielectrică întărită
• Toleranță îmbunătățită la supratensiune pentru condiții tranzitorii

Această abordare de proiectare protejează transformatorul de stresul electric repetitiv de-frecvență înaltă generat în sistemul de stocare a energiei.

3.4 Ecranarea electromagnetică și stabilitatea rețelei

 

Ecranarea electrostatică și electromagnetică este esențială în aplicațiile BESS-conectate la rețea, în special acolo unde calitatea energiei și stabilitatea rețelei sunt critice.

Funcțiile sale includ:

• Reducerea cuplării capacitive între înfășurări
• Suprimarea interferențelor de tensiune tranzitorie
• Îmbunătățirea performanței compatibilității electromagnetice (EMC).
• Creșterea stabilității în condiții de rețea slabe

Acest lucru este deosebit de important în sistemele de alimentare BESS la scară{0}}utilităților în care mai multe invertoare funcționează în paralel.

 

3.5 Design de bază cu pierderi-scăzute pentru operare cu eficiență ridicată-

 

Deoarece energia dintr-un sistem BESS trece prin transformator atât în ​​timpul ciclurilor de încărcare, cât și în timpul ciclurilor de descărcare, chiar și pierderile mici pot avea un impact semnificativ asupra eficienței generale a sistemului.

 

Optimizările tipice ale designului de bază includ:

Aceste îmbunătățiri contribuie direct la o eficiență mai mare-dus-întors în BESS.

 

3.6 Sisteme de izolare ecologice-prietenoase și sigure la foc-

 

 

3.7 Cerințe de inginerie-la nivel de sistem

Un transformator BESS trebuie să se integreze cu sistemul complet de stocare a energiei:

• Impedanță personalizată pentru sarcini PCS
• Compatibilitate cu mai multe configurații de invertor
• Capacitate mare de suprasarcină fără degradarea izolației
• Integrare cu aparate de comutare și sisteme de protecție
• Suport de operare bidirecțională

 

4. BESS Transformer Solutions de la SCOTECH

 

SCOTECH oferă soluții de transformare proiectate pentru BESS, care acoperă transformatoare montate pe suport, transformatoare de substații mici și transformatoare de putere.

Fiecare soluție este concepută special pentru cerințele sistemului electric BESS, cum ar fi:

• Flux de putere bidirecţional
• Distorsiuni armonice de la sistemele PCS
• Funcționare ciclică continuă

În loc de echipamente standard de distribuție, SCOTECH se concentrează pe aplicația{0}}ingineria specifică a transformatoarelor pentru condiții reale de stocare a energiei.

4.1. Transformator montat pe tampon pentru aplicații BESS

 

Transformatoarele montate pe suport sunt utilizate pe scară largă în sistemele BESS containerizate și comerciale, oferind o interfață compactă și eficientă între PCS și rețea.

4.2. Transformator de substație mică pentru integrarea în rețea BESS

 

Transformatoare de substație micăsunt utilizate în sistemele de interconexiune BESS de medie-tensiune, unde condiționarea puterii și conformitatea rețelei sunt esențiale.

 

4.3. Transformator de putere pentru sistemele de utilități-Scale BESS

 

Transformatoarele de putere sunt aplicate în-instalații de stocare a energiei la scară largă și în proiectele BESS-la nivel de rețea, unde eficiența și fiabilitatea influențează direct rentabilitatea investiției sistemului.

 

 

4.4. SCOTECH BESS Capacitate de inginerie și integrare

 

 

Într-un sistem de stocare a energiei bateriei (BESS), transformatorul nu este o componentă independentă, ci o interfață cheie între PCS și rețea.

Un sistem electric tipic BESS include module de baterie, BMS, PCS, transformator, comutator și conexiune la rețea, unde energia circulă în ambele direcții în timpul încărcării și descărcării.

Pentru a asigura o funcționare stabilă în aceste condiții, SCOTECH proiectează transformatoare pe baza cerințelor reale ale sistemului, mai degrabă decât pe configurații standard.

 

Capacitățile cheie includ:
• Design personalizat bazat pe configurația PCS/invertor
• Optimizare pentru profilul de sarcină și funcționarea ciclică
• Design-tolerant armonic pentru sistemele-acționate cu invertor
• Potrivirea impedanței pentru o integrare stabilă a sistemului
• Capacitate mare de suprasarcină fără a reduce durata de viață a izolației
• Conformitatea cu standardele IEEE / ANSI / CSA / IEC

 

Transformatoarele SCOTECH sunt utilizate pe scară largă în proiectele BESS hibride-utilități, C&I și regenerabile + stocare.

 

5. De ce Transformer Design impactează direct rentabilitatea investiției

 

Într-un sistem de stocare a energiei bateriei (BESS), transformatorul este adesea subestimat.

Dar afectează direct:

6. Concluzie

 

Pe măsură ce sistemele de stocare a energiei bateriei continuă să se extindă, transformatorul BESS a devenit o componentă critică pentru integrarea în rețea, eficiența sistemului și fiabilitatea operațională. Spre deosebire de transformatoarele tradiționale, acesta trebuie să reziste la fluxul de putere bidirecțional, cicluri continue, armonici și comutare rapidă a invertorului. Designul adecvat al transformatorului are un impact direct asupra performanței, stabilității și profitabilității-pe termen lung a proiectelor moderne BESS.