Руководство по проектированию трансформатора BESS: от гармоник к интеграции в сеть

 

1. Системный интерфейс между Grid и BESS

 

В аккумуляторных системах накопления энергии (BESS) электрическая изоляция между сетью и системой накопления энергии необходима для защиты инверторов и аккумуляторных систем от перенапряжения и перегрузки по току, вызванных нарушениями в сети.

В то же время требуется преобразование напряжения для согласования различных уровней системы, обычно от выходного напряжения инвертора 400 В до рабочего напряжения BESS 690 В или 480 В, а затем до уровней сети среднего-напряжения для межсетевых соединений.

Этот электрический интерфейс достигается с помощью трансформатора BESS, который служит критически важным связующим звеном между системами преобразования энергии и энергосистемой.

 

2. Функции аккумуляторных систем хранения энергии

 

Аккумуляторное-накопитель энергии (BESS) – это система хранения энергии на основе батарей-, которая эффективно сохраняет электроэнергию, вырабатываемую из различных источников энергии, включая уголь, атомную, ветровую и солнечную энергию, различными способами. Он может хранить избыточную электроэнергию в пиковые периоды выработки возобновляемой энергии (солнечной и ветровой) и высвобождать ее, когда выработка снижается или потребление увеличивается.

Сочетание BESS с возобновляемыми источниками энергии помогает повысить надежность и стабильность сети, полностью используя «зеленую» электроэнергию. Более того, если решение соответствующим образом масштабируется и хорошо-интегрируется, эта технология может сбалансировать цены на электроэнергию и снизить потребность в модернизации сетей,-работающих на ископаемом топливе.

 

• Пиковое бритье и отслеживание нагрузки
• Улучшение качества электроэнергии
• Надежность и поддержка резервного копирования
• Грид-услуги и поддержка интеллектуальных сетей

 

 

3. Что определяет настоящую конструкцию трансформатора BESS

 

Настоящий трансформатор BESS не является модифицированным распределительным трансформатором.

Это специализированный электрический компонент, разработанный специально для аккумуляторных систем хранения энергии, где цикличность, гармоники и двунаправленный поток энергии являются нормальными условиями эксплуатации. Он надежно работает в динамических электрических системах аккумуляторной системы хранения энергии, постоянно адаптируясь к изменяющимся условиям нагрузки и формы сигналов.

 

3.1 Разработан для непрерывного энергетического цикла

 

Трансформатор BESS работает в условиях повторяющихся циклов зарядки и разрядки, часто несколько раз в день. Такое циклическое поведение создает условия термического и электрического напряжения, которых нет в традиционных распределительных устройствах.

Ключевые соображения по проектированию включают в себя:

• Оптимизированная система охлаждения ONAN/ONAF для циклической работы.
• Изоляционные материалы высокого термического класса для повышенной термической стойкости.
• Контролируемое повышение температуры-горячих точек в условиях динамической нагрузки
• Стабильная работа при частых колебаниях нагрузки

Это обеспечивает долгосрочную-надежность системы хранения энергии, где ожидается непрерывная передача энергии.

 

3.2.-Проектирование, устойчивое к гармоникам, для инверторных систем-

 

В современных электрических системах BESS системы преобразования энергии (PCS) и инверторы вносят значительные гармонические искажения и нелинейные условия-линейной нагрузки.

Поэтому подходящий трансформатор BESS должен включать в себя:

• Конструкция с коэффициентом K-(обычно от K-4 до K-20 в зависимости от применения)
• Уменьшенный паразитный поток и оптимизированная конструкция магнитного пути
• Улучшенная конструкция обмотки для минимизации потерь на гармоники.
• Снижение вихревых токов и дополнительных паразитных потерь

Эти функции повышают термическую стабильность и эксплуатационную надежность в-богатых средах, типичных для крупномасштабных-установок BESS.

3.3 Система изоляции с высоким dv/dt для коммутации АСУТП

 

Операции быстрого переключения в системах PCS создают высокие напряжения du/dt, которые оказывают постоянное давление на системы изоляции трансформаторов.

Чтобы обеспечить долгосрочную-диэлектрическую надежность, настоящий трансформатор BESS требует:

• Высокая устойчивость изоляции dv/dt
• Изоляционная конструкция, устойчивая к частичным разрядам-
• Усиленная диэлектрическая координационная конструкция
• Повышенная устойчивость к перенапряжению в переходных условиях

Такой подход к проектированию защищает трансформатор от повторяющихся высокочастотных-электрических напряжений, возникающих в системе хранения энергии.

3.4 Электромагнитное экранирование и стабильность сети

 

Электростатическое и электромагнитное экранирование имеет важное значение в приложениях BESS,-подключаемых к сети, особенно там, где качество электроэнергии и стабильность сети имеют решающее значение.

В его функции входят:

• Уменьшение емкостной связи между обмотками
• Подавление помех переходного напряжения
• Улучшение характеристик электромагнитной совместимости (ЭМС)
• Повышение стабильности в условиях слабой сети

Это особенно важно в энергосистемах BESS масштаба-, где несколько инверторов работают параллельно.

 

3.5 Конструкция сердечника с низкими-потерями для обеспечения высокой-эффективной работы

 

Поскольку энергия в системе BESS проходит через трансформатор во время циклов зарядки и разрядки, даже небольшие потери могут существенно повлиять на общую эффективность системы.

 

Типичные основные оптимизации конструкции включают в себя:

Эти улучшения напрямую способствуют повышению-эффективности передачи данных в BESS.

 

3.6 Экологичные-и пожаробезопасные-изоляционные системы

 

 

3.7 Инженерные требования-уровня системы

Трансформатор BESS должен интегрироваться с полной системой хранения энергии:

• Пользовательский импеданс для нагрузок PCS
• Совместимость с несколькими конфигурациями инверторов.
• Высокая перегрузочная способность без ухудшения изоляции.
• Интеграция с распределительными устройствами и системами защиты.
• Поддержка двунаправленной работы

 

4. Трансформаторные решения BESS от SCOTECH

 

SCOTECH предоставляет инженерные трансформаторные решения для BESS, в том числе трансформаторы, монтируемые на подставках, небольшие трансформаторы подстанций и силовые трансформаторы.

Каждое решение разработано специально для требований электрической системы BESS, таких как:

• Двунаправленный поток энергии
• Гармонические искажения от систем PCS
• Непрерывная циклическая работа

Вместо стандартного распределительного оборудования SCOTECH фокусируется на разработке трансформаторов-специального назначения для реальных условий хранения энергии.

4.1. Трансформатор, монтируемый на подставке, для приложений BESS

 

Трансформаторы, монтируемые на подставке, широко используются в контейнерных и коммерческих системах BESS, обеспечивая компактный и эффективный интерфейс между АСУ ТП и сетью.

4.2. Малый трансформатор подстанции для интеграции в сеть BESS

 

Малые трансформаторы подстанцийиспользуются в межсетевых системах BESS среднего-напряжения, где решающее значение имеют согласование электропитания и соответствие требованиям сети.

 

4.3. Силовой трансформатор для коммунальных-масштабных систем BESS

 

Силовые трансформаторы применяются в крупных-установках по хранению энергии и проектах BESS на уровне сети-, где эффективность и надежность напрямую влияют на окупаемость системы.

 

 

4.4. SCOTECH BESS Инженерные возможности и интеграция

 

 

В аккумуляторной системе хранения энергии (BESS) трансформатор является не автономным компонентом, а ключевым интерфейсом между АСУ ТП и сетью.

Типичная электрическая система BESS включает аккумуляторные модули, BMS, PCS, трансформатор, распределительное устройство и подключение к сети, где энергия течет в обоих направлениях во время зарядки и разрядки.

Чтобы обеспечить стабильную работу в таких условиях, SCOTECH проектирует трансформаторы на основе реальных требований системы, а не стандартных конфигураций.

 

Ключевые возможности включают в себя:
• Индивидуальный дизайн на основе конфигурации PCS/инвертора.
• Оптимизация профиля нагрузки и циклической работы.
• Конструкция,-устойчивая к гармоникам, для систем с инверторным-управлением.
• Согласование импеданса для стабильной интеграции системы
• Высокая перегрузочная способность без снижения срока службы изоляции.
• Соответствие стандартам IEEE/ANSI/CSA/IEC.

 

Трансформаторы SCOTECH широко используются в коммунальных-масштабных проектах, а также в проектах BESS, связанных с использованием возобновляемых источников энергии и систем хранения данных.

 

5. Почему конструкция трансформатора напрямую влияет на окупаемость инвестиций

 

В аккумуляторной системе накопления энергии (BESS) трансформатор часто недооценивают.

Но это напрямую влияет на:

6. Заключение

 

Поскольку аккумуляторные системы хранения энергии продолжают расширяться, трансформатор BESS стал критически важным компонентом для интеграции сети, эффективности системы и эксплуатационной надежности. В отличие от традиционных трансформаторов, он должен выдерживать двунаправленный поток мощности, непрерывную циклическую работу, гармоники и быстрое переключение инвертора. Правильная конструкция трансформатора напрямую влияет на производительность, стабильность и долгосрочную-рентабельность современных проектов BESS.