BESS Transformer Design Guide: From Harmonics to Grid Integration

 

1. Διεπαφή συστήματος μεταξύ Grid και BESS

 

Στα συστήματα αποθήκευσης ενέργειας μπαταρίας (BESS), η ηλεκτρική απομόνωση μεταξύ του δικτύου και του συστήματος αποθήκευσης ενέργειας είναι απαραίτητη για την προστασία των μετατροπέων και των συστημάτων μπαταριών από συνθήκες υπέρτασης και υπερέντασης που προκαλούνται από διαταραχές του δικτύου.

Ταυτόχρονα, απαιτείται μετατροπή τάσης για να ταιριάζει με διαφορετικά επίπεδα συστήματος, συνήθως αυξάνοντας από την έξοδο μετατροπέα 400 V σε τάση λειτουργίας 690 V ή 480 V BESS και περαιτέρω σε επίπεδα δικτύου μεσαίας- τάσης για τη διασύνδεση κοινής ωφέλειας.

Αυτή η ηλεκτρική διεπαφή επιτυγχάνεται μέσω του μετασχηματιστή BESS, ο οποίος χρησιμεύει ως ο κρίσιμος σύνδεσμος μεταξύ των συστημάτων μετατροπής ισχύος και του δικτύου κοινής ωφέλειας.

 

2. Λειτουργίες Συστημάτων Αποθήκευσης Ενέργειας Μπαταριών

 

Το Battery-Energy Storage (BESS) είναι ένα σύστημα αποθήκευσης ενέργειας που βασίζεται-στη μπαταρία και αποθηκεύει αποτελεσματικά την ηλεκτρική ενέργεια που παράγεται από διάφορες πηγές ενέργειας, όπως άνθρακα, πυρηνική, αιολική και ηλιακή ενέργεια, με πολλούς τρόπους. Μπορεί να αποθηκεύσει περίσσεια ηλεκτρικής ενέργειας κατά τις περιόδους αιχμής παραγωγής ανανεώσιμης ενέργειας (ηλιακή και αιολική) και να την απελευθερώσει όταν η παραγωγή μειώνεται ή αυξάνεται η κατανάλωση.

Ο συνδυασμός BESS με ανανεώσιμες πηγές ενέργειας συμβάλλει στη βελτίωση της αξιοπιστίας και της σταθερότητας του δικτύου, αξιοποιώντας πλήρως την πράσινη ηλεκτρική ενέργεια. Επιπλέον, εάν η λύση είναι κατάλληλα κλιμακωμένη και καλά-ενσωματωμένη, αυτή η τεχνολογία μπορεί να εξισορροπήσει τις τιμές ηλεκτρικής ενέργειας και να μειώσει την ανάγκη για μετασκευή δικτύων που βασίζονται σε ορυκτά καύσιμα-.

 

• Ακολουθεί κορυφαίο ξύρισμα & φόρτωση
• Βελτίωση ποιότητας ισχύος
• Αξιοπιστία & υποστήριξη backup
• Υπηρεσίες Grid & Υποστήριξη Smart Grid

 

 

3. Τι καθορίζει ένα πραγματικό σχέδιο μετασχηματιστή BESS

 

Ένας πραγματικός μετασχηματιστής BESS δεν είναι ένας τροποποιημένος μετασχηματιστής διανομής.

Είναι ένα εξειδικευμένο ηλεκτρικό εξάρτημα σχεδιασμένο ειδικά για συστήματα αποθήκευσης ενέργειας μπαταρίας, όπου η ανακύκλωση, οι αρμονικές και η αμφίδρομη ροή ισχύος είναι κανονικές συνθήκες λειτουργίας. Λειτουργεί αξιόπιστα στα δυναμικά ηλεκτρικά συστήματα ενός συστήματος αποθήκευσης ενέργειας μπαταρίας, προσαρμόζοντας συνεχώς τις μεταβαλλόμενες συνθήκες φορτίου και κυματομορφής.

 

3.1 Σχεδιασμένο για συνεχή ενεργειακό κύκλο

 

Ένας μετασχηματιστής BESS λειτουργεί υπό επαναλαμβανόμενους κύκλους φόρτισης και εκφόρτισης, συχνά πολλές φορές την ημέρα. Αυτή η κυκλική συμπεριφορά δημιουργεί συνθήκες θερμικής και ηλεκτρικής καταπόνησης που δεν υπάρχουν στις παραδοσιακές εφαρμογές διανομής.

Τα βασικά ζητήματα σχεδιασμού περιλαμβάνουν:

• Βελτιστοποιημένο σύστημα ψύξης ONAN / ONAF για κυκλική λειτουργία
• Υλικά μόνωσης υψηλής θερμικής κλάσης για εκτεταμένη θερμική αντοχή
• Ελεγχόμενη-άνοδος θερμοκρασίας ζεστού σημείου υπό συνθήκες δυναμικού φορτίου
• Σταθερή απόδοση κάτω από συχνές διακυμάνσεις φορτίου

Αυτό εξασφαλίζει μακροπρόθεσμη-αξιοπιστία στο σύστημα αποθήκευσης ενέργειας όπου αναμένεται συνεχής παροχή ενέργειας.

 

3.2 Αρμονική-Ανεκτική σχεδίαση για συστήματα βασισμένα σε μετατροπείς-

 

Στα σύγχρονα ηλεκτρικά συστήματα BESS, τα συστήματα μετατροπής ισχύος (PCS) και οι μετατροπείς εισάγουν σημαντικές αρμονικές παραμορφώσεις και μη γραμμικές συνθήκες φόρτισης.

Ένας κατάλληλος μετασχηματιστής BESS πρέπει επομένως να περιλαμβάνει:

• K-Σχεδίαση με βαθμολογία συντελεστών (συνήθως K-4 έως K-20 ανάλογα με την εφαρμογή)
• Μειωμένη αδέσποτη ροή και βελτιστοποιημένος σχεδιασμός μαγνητικής διαδρομής
• Βελτιωμένη δομή περιέλιξης για ελαχιστοποίηση των αρμονικών απωλειών
• Χαμηλότερο δινορεύμα και πρόσθετες απώλειες αδέσποτων

Αυτά τα χαρακτηριστικά βελτιώνουν τη θερμική σταθερότητα και τη λειτουργική αξιοπιστία σε αρμονικά-πλούσια περιβάλλοντα τυπικά-εγκαταστάσεων BESS μεγάλης κλίμακας.

3.3 Σύστημα μόνωσης υψηλής dv/dt για μεταγωγή PCS

 

Οι λειτουργίες γρήγορης μεταγωγής σε συστήματα PCS δημιουργούν υψηλή τάση τάσης dv/dt, η οποία ασκεί συνεχή πίεση στα συστήματα μόνωσης του μετασχηματιστή.

Για να διασφαλιστεί-μακροπρόθεσμη αξιοπιστία του διηλεκτρικού, ένας πραγματικός μετασχηματιστής BESS απαιτεί:

• Υψηλή αντοχή μόνωσης dv/dt
• Δομή μόνωσης-ανθεκτική σε μερική εκφόρτιση
• Σχεδιασμός ενισχυμένου διηλεκτρικού συντονισμού
• Βελτιωμένη ανοχή υπέρτασης για μεταβατικές συνθήκες

Αυτή η σχεδιαστική προσέγγιση προστατεύει τον μετασχηματιστή από την επαναλαμβανόμενη ηλεκτρική καταπόνηση υψηλής{0}συχνότητας που δημιουργείται στο σύστημα αποθήκευσης ενέργειας.

3.4 Ηλεκτρομαγνητική θωράκιση και σταθερότητα δικτύου

 

Η ηλεκτροστατική και η ηλεκτρομαγνητική θωράκιση είναι απαραίτητες σε εφαρμογές BESS που συνδέονται με το δίκτυο-ιδιαίτερα όπου η ποιότητα ισχύος και η σταθερότητα του δικτύου είναι ζωτικής σημασίας.

Οι λειτουργίες του περιλαμβάνουν:

• Μείωση της χωρητικής σύζευξης μεταξύ των περιελίξεων
• Καταστολή παροδικών παρεμβολών τάσης
• Βελτίωση της απόδοσης ηλεκτρομαγνητικής συμβατότητας (EMC).
• Ενίσχυση της σταθερότητας σε συνθήκες ασθενούς πλέγματος

Αυτό είναι ιδιαίτερα σημαντικό στα χρηστικά συστήματα ισχύος-κλίμακας BESS όπου πολλαπλοί μετατροπείς λειτουργούν παράλληλα.

 

3.5 Χαμηλή-Σχεδίαση πυρήνα χαμηλών απωλειών για υψηλή-λειτουργία απόδοσης

 

Δεδομένου ότι η ενέργεια σε ένα σύστημα BESS διέρχεται μέσω του μετασχηματιστή και κατά τη διάρκεια του κύκλου φόρτισης και εκφόρτισης, ακόμη και μικρές απώλειες μπορούν να επηρεάσουν σημαντικά τη συνολική απόδοση του συστήματος.

 

Οι τυπικές βελτιστοποιήσεις σχεδίασης πυρήνα περιλαμβάνουν:

Αυτές οι βελτιώσεις συμβάλλουν άμεσα σε υψηλότερη απόδοση μετ' επιστροφής-στο BESS.

 

3.6 Οικολογικά-Φιλικά και πυροσβεστικά-Συστήματα Ασφαλούς μόνωσης

 

 

3.7 Σύστημα-Απαιτήσεις επιπέδου μηχανικής

Ένας μετασχηματιστής BESS πρέπει να ενσωματωθεί στο πλήρες σύστημα αποθήκευσης ενέργειας:

• Προσαρμοσμένη σύνθετη αντίσταση για φορτία PCS
• Συμβατότητα με πολλαπλές διαμορφώσεις μετατροπέων
• Υψηλή ικανότητα υπερφόρτωσης χωρίς υποβάθμιση της μόνωσης
• Ενσωμάτωση με συστήματα διανομής και προστασίας
• Υποστήριξη αμφίδρομης λειτουργίας

 

4. BESS Transformer Solutions της SCOTECH

 

Η SCOTECH παρέχει μηχανικές λύσεις μετασχηματιστών για το BESS, που καλύπτουν μετασχηματιστές που τοποθετούνται σε επιθέματα, μετασχηματιστές μικρών υποσταθμών και μετασχηματιστές ισχύος.

Κάθε λύση έχει σχεδιαστεί ειδικά για τις απαιτήσεις του ηλεκτρικού συστήματος BESS όπως:

• Αμφίδρομη ροή ισχύος
• Αρμονική παραμόρφωση από συστήματα PCS
• Συνεχής ποδηλατική λειτουργία

Αντί του τυπικού εξοπλισμού διανομής, η SCOTECH εστιάζει στην εφαρμογή-ειδικών μηχανικών μετασχηματιστών για πραγματικές συνθήκες αποθήκευσης ενέργειας.

4.1. Μετασχηματιστής με επίστρωση για εφαρμογές BESS

 

Οι μετασχηματιστές που τοποθετούνται σε μαξιλαράκια χρησιμοποιούνται ευρέως σε δοχεία και εμπορικά συστήματα BESS, παρέχοντας μια συμπαγή και αποτελεσματική διασύνδεση μεταξύ PCS και δικτύου.

4.2. Μετασχηματιστής μικρού υποσταθμού για ενσωμάτωση δικτύου BESS

 

Μικροί μετασχηματιστές υποσταθμούχρησιμοποιούνται σε συστήματα διασύνδεσης BESS μέσης-τάσης, όπου η ρύθμιση ισχύος και η συμμόρφωση με το δίκτυο είναι ζωτικής σημασίας.

 

4.3. Power Transformer for Utility-Κλίμακα συστημάτων BESS

 

Οι μετασχηματιστές ισχύος εφαρμόζονται σε-εγκαταστάσεις αποθήκευσης ενέργειας και σε έργα BESS σε επίπεδο δικτύου-μεγάλης κλίμακας, όπου η απόδοση και η αξιοπιστία επηρεάζουν άμεσα την απόδοση επένδυσης (ROI) του συστήματος.

 

 

4.4. SCOTECH BESS Μηχανική Δυνατότητα & Ενσωμάτωση

 

 

Σε ένα σύστημα αποθήκευσης ενέργειας μπαταρίας (BESS), ο μετασχηματιστής δεν είναι ένα αυτόνομο εξάρτημα, αλλά μια βασική διεπαφή μεταξύ του PCS και του δικτύου.

Ένα τυπικό ηλεκτρικό σύστημα BESS περιλαμβάνει μονάδες μπαταρίας, BMS, PCS, μετασχηματιστή, εξοπλισμό διανομής και σύνδεση δικτύου, όπου η ενέργεια ρέει και προς τις δύο κατευθύνσεις κατά τη φόρτιση και την εκφόρτιση.

Για να εξασφαλίσει σταθερή λειτουργία υπό αυτές τις συνθήκες, η SCOTECH σχεδιάζει μετασχηματιστές με βάση τις πραγματικές απαιτήσεις συστήματος και όχι τις τυπικές διαμορφώσεις.

 

Οι βασικές δυνατότητες περιλαμβάνουν:
• Προσαρμοσμένη σχεδίαση με βάση τη διαμόρφωση PCS/inverter
• Βελτιστοποίηση για προφίλ φορτίου και λειτουργία ποδηλασίας
• Αρμονική-ανεκτική σχεδίαση για συστήματα που κινούνται με μετατροπέα-
• Αντιστοίχιση σύνθετης αντίστασης για σταθερή ενοποίηση συστήματος
• Υψηλή ικανότητα υπερφόρτωσης χωρίς μείωση της διάρκειας ζωής της μόνωσης
• Συμμόρφωση με τα πρότυπα IEEE / ANSI / CSA / IEC

 

Οι μετασχηματιστές SCOTECH χρησιμοποιούνται ευρέως σε έργα κλίμακας χρησιμότητας-, C&I και ανανεώσιμων πηγών + αποθήκευσης υβριδικών έργων BESS.

 

5. Γιατί ο σχεδιασμός του μετασχηματιστή επηρεάζει άμεσα την απόδοση επένδυσης (ROI).

 

Σε ένα σύστημα αποθήκευσης ενέργειας μπαταρίας (BESS), ο μετασχηματιστής συχνά υποτιμάται.

Αλλά επηρεάζει άμεσα:

6. Συμπέρασμα

 

Καθώς τα συστήματα αποθήκευσης ενέργειας της μπαταρίας συνεχίζουν να επεκτείνονται, ο μετασχηματιστής BESS έχει γίνει ένα κρίσιμο στοιχείο για την ενοποίηση του δικτύου, την απόδοση του συστήματος και την λειτουργική αξιοπιστία. Σε αντίθεση με τους παραδοσιακούς μετασχηματιστές, πρέπει να αντέχει αμφίδρομη ροή ισχύος, συνεχή κύκλο, αρμονικές και γρήγορη εναλλαγή μετατροπέα. Ο σωστός σχεδιασμός μετασχηματιστή επηρεάζει άμεσα την απόδοση, τη σταθερότητα και τη μακροπρόθεσμη-κερδοφορία των σύγχρονων έργων BESS.