Решения для трансформаторов для систем накопления энергии на базе аккумуляторов (BESS)
При указании электрической инфраструктуры для проекта системы накопления энергии на батареях мощностью 100 МВт / 200 МВтч распространенное заблуждение заключается в прямой привязке номинальной мощности трансформатора к емкости батареи. В то время как МВт определяет пиковую выходную мощность, а МВтч отслеживает общую энергию, ни одна из этих цифр не диктует, что на самом деле должен выдерживать ваш повышающий трансформатор.
Размер трансформатора полностью определяется выходной мощностью системы преобразования энергии (PCS), требованиями к тепловой перегрузке и вспомогательными нагрузками установки. Правильный выбор требует согласования силовой электроники с реальностями средневольтной сети с помощью стандартных расчетов электротехники.
Крупномасштабная BESS интегрирует электрохимические системы хранения энергии с силовой электроникой и сетевой инфраструктурой. Физический процесс включает в себя различные этапы преобразования:
- Генерация постоянного тока: Батарейные стойки хранят и разряжают электрическую энергию в виде постоянного тока (DC).
- Преобразование мощности: Система преобразования мощности (PCS) действует как двунаправленный инвертор, преобразуя постоянный ток в переменный (AC) во время разряда и переменный ток обратно в постоянный во время циклов зарядки.
- Преобразование напряжения: Поскольку низковольтный выход переменного тока от PCS (обычно от 600 В до 1000 В) не может напрямую подключаться к распределительным или передающим линиям, трансформатор BESS повышает напряжение, чтобы соответствовать средневольтной сети сбора (от 10 кВ до 35 кВ).
Поток мощности полностью двунаправленный. Во время зарядки мощность поступает из сети через трансформатор к батарейным блокам; во время разрядки направление меняется на противоположное. Трансформатор должен справляться с этими динамическими тепловыми и электрическими сдвигами без ущерба для надежности системы.
Электрическая архитектура BESS опирается на различные категории трансформаторов в зависимости от того, обрабатывает ли оборудование первичный экспорт энергии или внутренние нагрузки объекта.
Жидкостные устройства, включая трехфазные трансформаторы, устанавливаемые на площадке, являются стандартным выбором для повышающих применений PCS. Устанавливаемые на открытом воздухе на бетонных площадках в модульных или рамных инверторных станциях, эти трансформаторы управляют первичным уровнем преобразования мощности.
- Низковольтная сторона: Напрямую подключается к выходным клеммам PCS через шины или силовые кабели.
- Высоковольтная сторона: Подключается к средневольтной сетевой сети объекта.
- Конфигурации: Доступны в различных мощностях, классах напряжения и схемах обмоток, часто с использованием радиальных или кольцевых схем коммутации для соответствия требованиям компоновки.
Сухие трансформаторы обслуживают вспомогательное оборудование (BOP) и внутренние потребности объекта, а не первичный экспорт энергии. Внутри корпуса BESS или e-house вспомогательные нагрузки требуют выделенного низковольтного распределения для:
- Системы отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха (HVAC).
- Системы жидкостного охлаждения или активного теплового управления для батарейных стоек.
- Системы диспетчерского управления и сбора данных (SCADA), пожаротушения и панели мониторинга.
- Внутреннее освещение безопасности и источники питания управления.
Вспомогательные трансформаторы соответствуют этим локализованным вспомогательным нагрузкам, понижая средневольтное или подраспределительное напряжение до стандартных низковольтных уровней (480 В или 208 В).
Выбор трансформатора BESS требует оценки нескольких взаимосвязанных электрических параметров, уникальных для рабочих циклов накопления энергии. Игнорирование этих факторов может привести к серьезным эксплуатационным рискам, от преждевременного теплового старения и локального перегрева до отказов полевого оборудования.
| Фактор оценки | Основное инженерное соображение | Критическая инженерная проблема и риск при неправильном расчете |
|---|---|---|
| 1. Мощность и выходная мощность PCS | Номинальная полная мощность PCS (кВА/МВА) и возможность реактивной мощности. | Несоответствие мощности (недобор или перебор): Выбор трансформатора только по MWh батареи, без учета динамической выходной мощности PCS, может привести к тепловой перегрузке во время пиковых условий зарядки или разрядки. Слишком большой агрегат может увеличить ненужные инвестиции в оборудование и привести к более высоким потерям холостого хода. |
| 2. Коэффициент трансформации | Выходное напряжение переменного тока инвертора по сравнению со средневольтной сетью сбора объекта. | Несоответствие напряжения и недостаточный диапазон регулировки (tap range): Неправильное согласование напряжения может привести к тому, что напряжение переменного тока PCS выйдет за пределы допустимого рабочего диапазона, снизит запас регулирования инвертора и доступную выходную мощность, а также вызовет частые сигналы тревоги или отключения по напряжению. |
| 3. Гармоники и потери | Нелинейные процессы переключения в оборудовании силовой электроники генерируют гармонические токи. | Неконтролируемые горячие точки обмоток и блуждающие потери: Гармонические токи, генерируемые PCS, увеличивают дополнительные потери в обмотках и блуждающие потери в конструктивных частях, что приводит к локальным горячим точкам и более высокому температурному подъему. Неспособность оценить производительность трансформатора при несинусоидальной нагрузке может ускорить старение изоляции и сократить срок службы трансформатора. IEEE C57.110 может быть использован в качестве справочного материала для оценки, с учетом снижения мощности при необходимости. |
| 4. Импеданс и векторная группа | Полное сопротивление короткого замыкания (Z%) и сдвиг фаз (например, Dyn11). | Чрезмерный ток короткого замыкания и проблемы с подключением к сети: Неправильный выбор импеданса влияет на уровни токов короткого замыкания и координацию защиты. Это может подвергнуть коммутационное оборудование токам короткого замыкания, превышающим его расчетный номинал, или привести к неправильному срабатыванию реле защиты. В системах с параллельными трансформаторами или несколькими блоками инверторов несоответствие векторных групп, фазовых соотношений или схем заземления также может вызвать циркулирующие токи или проблемы с координацией защиты нулевой последовательности. |
Эти параметры должны быть проверены по данным поставщика PCS, условиям подключения к сети проекта и фактическому рабочему профилю. Результаты помогают определить мощность трансформатора, коэффициент трансформации, импеданс и конфигурацию соединения обмоток.
Winley предлагает разработанные конфигурации трансформаторов, предназначенные для удовлетворения строгих требований современных архитектур BESS.
Созданы для интеграции с PCS на открытом воздухе и повышающих средневольтных применений:
- Доступны с вариантами медных или алюминиевых обмоток.
- Конфигурируются для радиальных или кольцевых схем распределения.
- Сертифицированные модели, соответствующие применимым стандартам UL/cUL в рамках определенных производственных объемов.
- Диапазон производительности:
- Модели, сертифицированные UL в США: Мощность от 45 до 5000 кВА, номинальное высокое напряжение от 26 до 36 кВ, и номинальное низкое напряжение от 0,1 до 1,5 кВ.
- Модели, сертифицированные в Канаде: Мощность от 75 до 3000 кВА, номинальное высокое напряжение от 26 до 36 кВ, и номинальное низкое напряжение от 0,1 до 1,5 кВ.
Winley Electric предлагает универсальные трехфазные сухие трансформаторные решения, разработанные для распределения вспомогательной мощности BESS, охватывающие как средневольтные, так и низковольтные применения.
-
Средневольтные устройства VPI: Мощностью до 25 МВА и 34,5 кВ, с изоляцией класса H/R, режимами охлаждения AN/AF и сертифицированными UL системами изоляции на 220°C.
-
Низковольтные сухие устройства: Мощностью от 0,5 до 1500 кВА с номинальным напряжением от 110 В переменного тока до 600 В переменного тока, доступны в гибких конфигурациях медных или алюминиевых обмоток.
-
Сертифицированная надежность: Оснащены сертифицированными UL низковольтными моделями и сертифицированными UL системами изоляции для поддержки строгих требований соответствия североамериканским проектам.
Для обеспечения быстрой оценки и точного технического подбора для вашего проекта хранения энергии, пожалуйста, подготовьте следующие параметры при запросе коммерческого предложения у Winley:
- Номинальная выходная мощность PCS (кВт или кВА)
- Выходное напряжение PCS переменного тока
- Требуемое напряжение подключения к средневольтной сети
- Номинальная мощность трансформатора (кВА / МВА)
- Рабочий коэффициент мощности и требования к реактивной мощности
- Общее количество блоков PCS или инверторных стоек на блок трансформатора
- Спектр гармоник или данные общего коэффициента гармонических искажений (THD), если доступны
- Условия установки (внутренний e-house, наружная площадка или прибрежные/суровые условия)
- Применимые региональные стандарты и требования к сертификации (например, UL, IEEE, CSA)
Выбор правильного трансформатора гарантирует, что система накопления энергии на батареях будет работать эффективно, безопасно и соответствовать применимым требованиям подключения к сети. Согласовывая мощность трансформатора, импеданс и классы изоляции с выходной мощностью PCS и потребностями во вспомогательной мощности, разработчики проектов могут снизить эксплуатационные риски и оптимизировать производительность в течение всего жизненного цикла.
Чтобы обсудить требования вашего предстоящего проекта по хранению энергии или запросить обзор пользовательской спецификации трансформатора, свяжитесь с инженерной командой Winley.
