Rozwiązania transformatorów dla systemów magazynowania energii w bateriach (BESS)
Kiedy określamy infrastrukturę elektryczną dla projektu magazynowania energii w bateriach o mocy 100 MW / 200 MWh, powszechnym błędnym przekonaniem jest powiązanie mocy transformatora bezpośrednio z pojemnością baterii. Chociaż MW określa moc szczytową, a MWh śledzi całkowitą energię, żadna z tych wartości nie dyktuje, co faktycznie musi obsłużyć transformator podwyższający napięcie.
Wielkość transformatora jest napędzana wyłącznie przez wyjście systemu konwersji mocy (PCS), wymagania dotyczące przeciążenia termicznego i pomocnicze obciążenia zakładu. Prawidłowe dobranie wymaga dopasowania energoelektroniki do rzeczywistości sieci średniego napięcia za pomocą standardowych obliczeń inżynierii elektrycznej.
System BESS o skali użytkowej integruje elektrochemiczne magazynowanie energii z energoelektroniką i infrastrukturą sieciową. Proces fizyczny obejmuje odrębne etapy konwersji:
- Generacja DC: Baterie magazynują i rozładowują energię elektryczną w postaci prądu stałego (DC).
- Konwersja mocy: System konwersji mocy (PCS) działa jako dwukierunkowy falownik, konwertując prąd stały na prąd zmienny (AC) podczas rozładowania i prąd zmienny z powrotem na prąd stały podczas cykli ładowania.
- Transformacja napięcia: Ponieważ wyjście prądu zmiennego niskiego napięcia z PCS (zwykle od 600 V do 1000 V) nie może być bezpośrednio podłączone do linii dystrybucyjnych lub przesyłowych, transformator BESS podwyższa napięcie, aby dopasować je do sieci zbiorczej średniego napięcia (10 kV do 35 kV).
Przepływ mocy jest całkowicie dwukierunkowy. Podczas ładowania moc przepływa z sieci przez transformator do bloków baterii; podczas rozładowania kierunek się odwraca. Transformator musi uwzględniać te dynamiczne zmiany termiczne i elektryczne bez naruszania niezawodności systemu.
Architektura elektryczna BESS opiera się na odrębnych kategoriach transformatorów, w zależności od tego, czy sprzęt obsługuje podstawowy eksport mocy, czy wewnętrzne obciążenia obiektu.
Jednostki zalewane cieczą – w tym trójfazowe transformatory napowierzchniowe – są standardowym wyborem do zastosowań podwyższania napięcia PCS. Zainstalowane na zewnątrz na betonowych podstawach w modułowych lub montowanych na ramie stacjach falowników, transformatory te zarządzają podstawowym stopniem konwersji mocy.
- Strona niskiego napięcia: Bezpośrednio łączy się z wyjściami PCS za pomocą szyn zbiorczych lub kabli o dużej wytrzymałości.
- Strona wysokiego napięcia: Łączy się z siecią zbiorczą średniego napięcia zakładu.
- Konfiguracje: Dostępne w różnych mocach, klasach napięcia i układach uzwojeń, często wykorzystujące konfiguracje przełączania zasilania promieniowego lub pętlowego, aby dopasować się do wymagań układu.
Transformatory suche służą do obsługi części roślinnej (BOP) i wewnętrznych potrzeb obiektu, a nie do podstawowego eksportu energii. W obudowie BESS lub e-house, obciążenia pomocnicze wymagają dedykowanej dystrybucji niskiego napięcia dla:
- Systemy ogrzewania, wentylacji i klimatyzacji (HVAC).
- Pętle chłodzenia cieczą lub aktywnego zarządzania termicznego dla bloków baterii.
- Panele nadzoru, akwizycji danych (SCADA), przeciwpożarowe i monitorujące.
- Wewnętrzne oświetlenie bezpieczeństwa i zasilacze sterujące.
Transformatory pomocnicze dopasowują te lokalne obciążenia pomocnicze, obniżając napięcie średnie lub napięcie poddystrybucyjne do standardowych poziomów niskiego napięcia (480 V lub 208 V).
Określenie transformatora BESS wymaga oceny kilku wzajemnie powiązanych parametrów elektrycznych, unikalnych dla cykli pracy magazynowania energii. Przeoczenie tych czynników może stworzyć poważne ryzyko operacyjne, od przedwczesnego starzenia termicznego i lokalnego przegrzewania po awarie sprzętu terenowego.
| Czynnik oceny | Główne rozważania inżynieryjne | Krytyczny problem inżynieryjny i ryzyko w przypadku błędnego obliczenia |
|---|---|---|
| 1. Moc i wyjście PCS | Moc pozorna (kVA/MVA) i zdolność mocy biernej znamionowej PCS. | Niedopasowanie mocy (niedowymiarowanie lub nadwymiarowanie): Wybór transformatora tylko na podstawie MWh baterii, bez uwzględnienia dynamicznego wyjścia PCS, może prowadzić do przeciążenia termicznego podczas szczytowych warunków ładowania lub rozładowania. Nadwymiarowa jednostka może zwiększyć niepotrzebne inwestycje w sprzęt i skutkować wyższymi stratami bez obciążenia. |
| 2. Stosunek napięć | Napięcie wyjściowe AC falownika w porównaniu z siecią zbiorczą średniego napięcia w miejscu instalacji. | Niedopasowanie napięcia i niewystarczający zakres przełączania odczepów: Niewłaściwe dopasowanie napięcia może spowodować, że napięcie po stronie AC PCS znajdzie się poza dopuszczalnym zakresem pracy, zmniejszy margines regulacji falownika i dostępną moc wyjściową, a także wywoła częste alarmy związane z napięciem lub wyłączenia z powodu błędów. |
| 3. Harmoniczne i straty | Nieliniowe procesy przełączania w sprzęcie energoelektronicznym generują prądy harmoniczne. | Nieprzewidziane gorące punkty uzwojeń i straty rozproszone: Prądy harmoniczne generowane przez PCS zwiększają dodatkowe straty w uzwojeniach i straty rozproszone w częściach konstrukcyjnych, prowadząc do lokalnych gorących punktów i wyższego wzrostu temperatury. Niewłaściwa ocena zdolności transformatora przy obciążeniach niesinusoidalnych może przyspieszyć starzenie się izolacji i skrócić żywotność transformatora. IEEE C57.110 może być używany jako odniesienie do oceny, z uwzględnieniem obniżenia mocy, gdzie jest to konieczne. |
| 4. Impedancja i grupa wektorowa | Impedancja zwarciowa (Z%) i przesunięcie fazowe (np. Dyn11). | Nadmierny prąd zwarciowy i problemy z przyłączeniem do sieci: Niewłaściwy dobór impedancji wpływa na poziomy prądów zwarciowych i koordynację zabezpieczeń. Może narazić rozdzielnice na prądy zwarciowe przekraczające ich znamionową wytrzymałość lub spowodować nieprawidłowe zadziałanie przekaźników zabezpieczających. W systemach z równoległymi transformatorami lub wieloma blokami falowników, niedopasowane grupy wektorowe, relacje fazowe lub układy uziemienia mogą również powodować prądy cyrkulacyjne lub problemy z koordynacją zabezpieczeń zerowonapięciowych. |
Parametry te powinny być sprawdzane w odniesieniu do danych dostawcy PCS, warunków przyłączenia do sieci projektu i rzeczywistego profilu pracy. Wyniki pomagają określić moc transformatora, stosunek napięć, impedancję i konfigurację połączenia uzwojeń.
Winley oferuje zaprojektowane konfiguracje transformatorów, które spełniają rygorystyczne wymagania nowoczesnych architektur BESS.
Zbudowane do integracji z PCS na zewnątrz i zastosowań podwyższających napięcie średnie:
- Dostępne z opcjami uzwojeń miedzianych lub aluminiowych.
- Konfigurowane do schematów dystrybucji zasilania promieniowego lub pętlowego.
- Certyfikowane modele zgodne z obowiązującymi normami UL/cUL w ramach określonych zakresów produkcji.
- Zakres wydajności:
- Modele certyfikowane przez UL w USA: Moc od 45 do 5000 kVA, napięcia wysokie od 26 do 36 kV, a napięcia niskie od 0,1 do 1,5 kV.
- Modele certyfikowane w Kanadzie: Moc od 75 do 3000 kVA, napięcia wysokie od 26 do 36 kV, a napięcia niskie od 0,1 do 1,5 kV.
Winley Electric oferuje wszechstronne trójfazowe rozwiązania transformatorów suchych, dostosowane do dystrybucji zasilania pomocniczego BESS, obejmujące zastosowania średniego i niskiego napięcia.
-
Jednostki VPI średniego napięcia: Do 25 MVA i 34,5 kV, z izolacją klasy H/R, trybami chłodzenia AN/AF i systemami izolacji UL-recognized 220°C.
-
Jednostki suche niskiego napięcia: Od 0,5 do 1500 kVA o napięciach od 110 Vac do 600 Vac, dostępne w elastycznych konfiguracjach uzwojeń miedzianych lub aluminiowych.
-
Certyfikowana niezawodność: Wyposażone w certyfikowane przez UL modele niskiego napięcia i systemy izolacji UL-recognized, aby wspierać rygorystyczne zgodność z normami Ameryki Północnej.
Aby zapewnić szybką ocenę i dokładne wymiarowanie techniczne dla Twojego projektu magazynowania, przygotuj następujące parametry podczas składania zapytania ofertowego do Winley:
- Moc wyjściowa znamionowa PCS (kW lub kVA)
- Napięcie wyjściowe AC PCS
- Wymagane napięcie przyłączeniowe do sieci średniego napięcia
- Moc znamionowa transformatora (kVA / MVA)
- Współczynnik mocy pracy i wymagania dotyczące mocy biernej
- Całkowita liczba jednostek PCS lub bloków falowników na blok transformatora
- Widmo harmonicznych lub dane dotyczące całkowitych zniekształceń harmonicznych (THD), jeśli są dostępne
- Środowisko instalacji (wewnętrzna obudowa e-house, zewnętrzna napowierzchniowa lub warunki przybrzeżne/surowe)
- Obowiązujące regionalne normy i wymagania certyfikacyjne (np. UL, IEEE, CSA)
Wybór odpowiedniego transformatora zapewnia, że system magazynowania energii w bateriach działa wydajnie, bezpiecznie i spełnia obowiązujące wymagania dotyczące przyłączenia do sieci. Dopasowując moc transformatora, impedancję i klasy izolacji do wyjścia PCS i zapotrzebowania na moc pomocniczą, deweloperzy projektów mogą zmniejszyć ryzyko operacyjne i zoptymalizować wydajność cyklu życia.
Aby omówić wymagania dotyczące nadchodzącego projektu magazynowania energii lub poprosić o przegląd niestandardowej specyfikacji transformatora, skontaktuj się z zespołem inżynierskim Winley.
