Проектиране на трансформатори за повишаване на напрежението за фотоволтаични и батерийни системи за съхранение на енергия: управление на двупосочния енергиен поток, топлинно напрежение и защита

Растящата интеграция на фотоволтаични (ФЕ) генерационни системи и батерийни енергийни системи за съхранение (СЕС) променя начина, по който обектите за възобновяема енергия се свързват към електрическите разпределителни мрежи.

В отличие от конвенционалните слънчеви инсталации, които предимно експортират произведената електроенергия, хибридните ФЕ-СЕС обекти могат да работят в няколко режима: експорт на слънчева енергия, зареждане на батерии от мрежата или от слънчевата генерация, разреждане на съхранената енергия и предоставяне на услуги за подкрепа на мрежата.

Тези променящи се експлоатационни условия пораждат нови инженерни изисквания за фотоволтаичната подстанция за повишаване на напрежението и нейните свързани трансформатори.

Правилно проектирана трансформатор за двупосочно протичане на мощност трябва да поддържа различни профили на натоварване, да осигурява приемлива топлинна производителност, да издържа определените електрически смущения и да работи в рамките на координирана система за защита.

За изпълнителите на проекти за слънчеви електроцентрали (EPC), интеграторите на системи за съхранение на електроенергия (BESS), инженерите на електрическите мрежи и проектираните на промишлени електроенергийни системи изборът на трансформатор е затова критичен елемент за надеждността на проекта и управлението на цикъла на неговите разходи.

Това ръководство анализира електрическите, топлинните и защитните предизвикателства при интеграцията на фотоволтаични (PV) и батерийни (BESS) системи и обяснява как да се специфицира подходящ трансформатор за повишаване на напрежението за съвременните хибридни възобновяеми енергийни проекти.

1. Разбиране на хибридните електроенергийни системи PV-BESS

1.1 Как слънчевата енергия плюс съхранение променя разпределението на електроенергията

В обичайна мрежова фотоволтаична централа инверторите преобразуват постояннотоковата (DC) електроенергия от фотоволтаичните модули в променливотокова (AC) електроенергия.

Трансформаторът за повишаване на напрежението увеличава изходното напрежение на инвертора до необходимото средно напрежение за разпределение, като например 10 kV, 20 kV или 35 kV.

Обикновено енергията тече от оборудването за генериране на слънчева енергия към събиращата мрежа или електрическата мрежа, въпреки че допълнителните натоварвания и някои работни условия могат да доведат до ограничено обратно течение.

Когато се въведе батерийна енергийна система за съхранение, електрическата архитектура става по-сложна.

Хибридна PV-BESS инсталация може да работи в няколко режима:

Режим на работа	Течение на енергията	Разглеждане на трансформатора
Слънчева енергия	PV инвертор → Трансформатор → Мрежа	Непрекъснато генериране и натоварване
Зареждане на батерията от мрежата	Мрежа → Трансформатор → BESS PCS	Обратно активно мощностно течение
Батерията разрежда	BESS PCS → Трансформатор → Мрежа	Износване при експорт и топлинна производителност
Експорт от слънчеви панели и батерии	ФВ + Батерии → Трансформатор → Мрежа	Комбиниран максимален изход
Поддръжка на електрическата мрежа	Двуосочен обмен на активна/реактивна мощност	Регулиране на напрежението и координация на защитите
Режим на готовност	Минимален пренос на активна мощност	Загуби при празен ход и допълнителна консумация

В системите с AC-свързване фотоволтаичните инвертори и системите за преобразуване на мощността на батериите (PCS) могат да се свържат към обща AC-мрежа за събиране.

В зависимост от капацитета на системата и електрическата архитектура може да се използва специализиран трансформатор за BESS, споделен стъпъп-трансформатор или множество трансформаторни конфигурации.

1.2 Защо двупосочното пренасяне на мощност има значение

Обикновеният трансформатор обикновено е способен да пренася AC-мощност в двете посоки, при условие че се спазват неговите граници по напрежение, ток, изолация, температура и защита.

Следователно, двупосочното пренасяне на мощност не изисква по принцип напълно различна магнитна конструкция на трансформатора .

Инженерната предизвикателство възниква от работните условия, свързани с хибридните слънчеви и натрупващи системи.

Това може да включва:

• Повтарящи се промени между зареждане и разреждане.

• Променливо натоварване през целия ден.

• Хармонични токове, генерирани от инвертори.

• Обмяна на реактивна мощност.

• Възможно инжектиране на постоянен ток.

• Различни приноси към аварийния ток в различните режими на работа.

• Промени в напрежението по мрежата за събиране.

• Дълги периоди на енергизирана резервна работа.

Трансформаторът за повишаване на напрежението във фотогалванична система трябва да се оценява спрямо тези реални условия на работа, а не само спрямо посоката на мощностния поток.

2. Топлинен стрес и предизвикателства, свързани с натоварването в Трансформатори за повишаване на напрежението в BESS

2.1 Топлинно циклиране по време на зареждане и разреждане

Топлинната производителност е основен фактор при избора на Трансформатор за повишаване на напрежението в BESS .

Температурата на намотките на трансформатора и изолационната течност зависи предимно от електрическите загуби, условията за охлаждане, температурата на околната среда и предишната история на натоварване.

Една батерийна електроцентрала може да премине през няколко цикъла на зареждане и разреждане в рамките на един ден.

Например батерийната система може да се зарежда по време на висока слънчева генерация, да се разрежда по време на вечерния пиков период и да осигурява допълнителни мрежови услуги по време на междинните периоди.

Въпреки че обратният поток на мощност сам по себе си не причинява допълнително нагряване при същата RMS стойност на тока, честите промени в големината на тока могат да предизвикат повтарящи се цикли на нагряване и охлаждане.

Тези цикли могат да повлияят на:

• Температурата на най-горещата точка на намотките.

• Скоростта на остаряване на изолацията.

• Топлинното разширение и свиване.

• Механичното натоварване на конструкцията за поддържане на намотките.

• Дългосрочното състояние на маслото и изолацията.

Резултантната температурна промяна зависи от продължителността на натоварването и термичните времеви константи на трансформатора.

Следователно, изборът на размера на трансформатора трябва да взема предвид целия работен профил, а не само номиналната мощност на PCS.

2.2 Оценка на температурата в горещата точка на трансформатора

Животът на изолацията на трансформатора се влияе силно от температурата в горещата точка на намотките.

За трансформатори с маслено охлаждане приблизителната температура в горещата точка може да се представи като:

θH = θA + ΔθTO + ΔθH

Където:

• θH: Температурата на най-горещата точка на намотките.

• θA: Околна температура.

• δθTO: Повишаване на температурата на горната част на маслото спрямо околната среда.

• δθH: Градиент на температурата в най-горещата точка на намотките спрямо температурата на горната част на маслото.

Фактическото повишаване на температурата варира в зависимост от натоварването, конструкцията на системата за охлаждане, геометрията на трансформатора и предишния режим на експлоатация.

Инженерите трябва да оценяват натоварването, използвайки съответните насоки, например IEEE C57.91 или IEC 60076-7, в зависимост от спецификациите на проекта.

За инсталациите на BESS представителен времеви профил на натоварването може да помогне за идентифициране на термични рискове, които не се проявяват при прост пресмятане въз основа на номиналната мощност.

2.3 Инжекция на постоянен ток и наситяване на сърцевината

Електронните преобразуватели за мощност могат да въвеждат малки компоненти на постоянен ток в своята променлива изходна мощност при определени условия.

Прекомерната инжекция на постоянен ток може да създаде магнитен дрейф в сърцевината на трансформатора, което потенциално води до:

• Увеличаване на тока за намагнитване.

• Насищане на сърцевината.

• Допълнителни разпръснати загуби.

• Локализирано затопляне.

• Увеличен акустичен шум.

• Аномална вибрация.

Обаче добре проектираните инвертори и оборудване за системи за управление на енергия (PCS), свързани към мрежата, включват функции за управление и защита, предназначени да ограничават постояннотоковата инжекция.

Постояннотоковото отклонение трябва да се оценява като изискване за качество на електроенергията и съвместимост на оборудването, а не да се приема като неизбежно следствие от двупосочната работа.

Производителите на трансформатори трябва да поискат от производителя на PCS указаните граници за постояннотокова инжекция при оценката на съвместимостта.

3. Хармонично изкривяване и Трансформатор Загуби в хибридни PV-BESS системи

3.1 Защо електронните преобразуватели за мощност имат значение

Фотоволтаичните инвертори и оборудването за управление на батерии (PCS) използват полупроводникови превключватели и алгоритми за управление, за да преобразуват електрическата енергия.

Тези процеси на преобразуване могат да въведат хармонични токови компоненти.

В зависимост от топологията на преобразувателя, честотата на превключване, стратегията за управление и филтрирането, съответните хармонични компоненти могат да включват 5-та, 7-а, 11-а и 13-а хармоника, както и компоненти с по-висока честота.

Фактическият хармоничен спектър трябва да се получи от производителя на оборудването или от подходящо проучване на качеството на електроенергията.

Хармоничните токове могат да увеличат:

• Загубите от вихрови токове в намотките.

• Разпръснатите загуби в конструктивните компоненти.

• Допълнителното затопляне на проводниците.

• Общото термично натоварване на трансформатора.

• Възможен резонансно свързан електрически стрес в по-широката система.

Тъй като загубите от вихрови токове, свързани с хармониците, зависят от честотата, оценката само на действащата стойност на тока при основната честота може да недооценява определени загуби.

3.2 Дали трансформаторите за системи за съхранение на енергия (BESS) изискват класификация по коефициент K?

Коефициентът K обикновено се използва за описание на способността на трансформатора да поема специфицирани нелинейни характеристики на натоварването, особено в някои приложения със сухи трансформатори.

Обаче изборът на произволна класификация K-4, K-9 или K-13 не е универсално задължение за течностно потопени трансформатори за повишаване на напрежението в слънчеви и енергийни съхранителни системи.

За среднонапрежени течностно пълнени трансформатори по-подходящ инженерен подход е да се оцени очакваният спектър на хармониците и резултиращите допълнителни загуби.

IEEE C57.110 предоставя методи, свързани с оценка на способността на трансформатора при несинусоидални условия на ток при натоварване в рамките на дефинирания му обхват.

Препоръчителните инженерни стъпки включват:

1. Получаване на данните за хармоничния ток на PV инвертора и PCS на BESS.

2. Оценка на очакваните работни условия както в режим на зареждане, така и в режим на разреждане.

3. Изчисляване на допълнителните загуби в намотките и загубите поради разсейване, когато е приложимо.

4. Проверка на повишението на температурата на намотките и натоварването на изолацията.

5. Определяне дали е необходимо специално изпълнение на намотките, допълнително охлаждане или намаляване на номиналната мощност.

Този подход, специфичен за приложението, помага да се избегне ненужно преувеличаване на размерите на трансформатора, като в същото време се гарантира дългосрочната му производителност.

3.3 Намаляване на термичното напрежение, свързано с хармониците

В зависимост от характеристиките на инвертора и изискванията на проекта, възможностите за проектиране на трансформатора могат да включват:

• Оптимизиран дизайн на проводника на намотките.

• Съответна транспозиция на проводниците или подреждане на намотките.

• Допълнителен топлинен резерв.

• Подобрена охладителна способност.

• Оценка на загубите при зададено хармонично натоварване.

• Съгласувано филтриране на инверторно или системно ниво.

Хармоничното филтриране обикновено е инженерно решение на системно ниво, което включва доставчика на PCS, изпълнителя на EPC и проектиращия специалист за мрежово свързване.

Само проектирането на трансформатора не може да разреши всички хармонични проблеми в хибридна електроцентрала.

4. Регулиране на напрежението и избор на превключвател за напрежение при двупосочен енергиен поток

4.1 Повишаване и намаляване на напрежението в хибридни системи

Напрежението на терминалите на трансформатора зависи от посоката и големината на активната и реактивната мощност, импеданса на трансформатора и характеристиките на свързаната мрежа.

По време на генериране от ФЕС или разреждане на BESS експортът на мощност може да доведе до повишаване на напрежението в определени точки на свързване.

По време на зареждане от мрежата вносената електроенергия може да допринесе за намаляване на напрежението.

Всъщност обаче отговорът на напрежението зависи също така от контрола на реактивната мощност, импеданса на системата, регулирането на напрежението по-горе по веригата и работните условия на мрежата.

Затова при хибридни инсталации с фотоволтаични панели и батерийни енергийни съхраняващи системи (PV-BESS) регулирането на напрежението трябва да се координира между инвертора, трансформатора и системата за свързване към мрежата.

4.2 Изключени превключватели на стъпки срещу превключватели на стъпки под натоварване

В силовите трансформатори се използват два разпространени типа превключватели на стъпки.

Превключвател на стъпки при изключено напрежение (DETC)

Превключвателят на стъпки при изключено напрежение позволява коригиране на съотношението на навивките на трансформатора само когато трансформаторът е безопасно изключен от напрежение според инструкциите на производителя.

Предимства включват:

• Относително проста конструкция.

• По-ниска първоначална цена.

• Намалена механична сложност.

• Подходящост там, където вариациите в работното напрежение могат да се управляват от друго оборудване.

Превключвател за стъпки под товар (OLTC)

Регулируемият трансформатор с променливи навивки под товар (OLTC) позволява корекции на стъпката, докато трансформаторът остава под напрежение и пренася товар, при спазване на проектните и експлоатационните му ограничения.

Системите OLTC могат да са подходящи там, където условията на мрежовото напрежение изискват активна корекция на трансформационното съотношение.

Обаче OLTC не се изисква автоматично само защото системата за съхранение на електрическа енергия (BESS) често се зарежда и разрежда.

Съвременните ресурси, базирани на инвертори, могат да осигуряват контрол на напрежението и реактивната мощност в рамките на техните възможности и изискванията на мрежовия код.

Честите операции по промяна на стъпката също могат да породят допълнителни изисквания за поддръжка.

Инженерна препоръка: Оценете волт-вар функционалността на инвертора, регулирането на средното напрежение в мрежата, изискванията за мрежово свързване и очакваната честота на операциите по промяна на стъпката, преди да се специфицира оборудването OLTC.

5. Избор на подходяща архитектура за фотоволтаична повишаваща подстанция

5.1 Интегрирани фотоволтаични-батерийни повишаващи подстанции

Aфотоволтаичната подстанция за повишаване на напрежението съчетава електрическото оборудване, необходимо за свързване на възобновяеми енергийни системи с ниско напрежение към мрежа за събиране със средно напрежение.

В зависимост от конструкцията си интегрираната трансформаторна подстанция може да включва:

• Трансформатор за повишаване на напрежението.

• Комутационно оборудване за средно напрежение или разпределителна уредба с пръстенова конфигурация (RMU).

• Комутационно оборудване за входящо ниско напрежение.

• Устройства за защита и управление.

• Уреди за измерване.

• Защита срещу пренапрежения.

• Допълнителни електрически системи.

• Интерфейси за наблюдение и комуникация.

Интегрираното решение може да намали броя на отделните компоненти, монтирани на място, и да опрости подреждането на оборудването.

Възможните предимства на проекта включват намалена площ на обекта, фабрично интегрирани връзки, подобряване на координацията на оборудването и опростено планиране на инсталацията.

Все пак окончателният график за инсталация зависи от гражданските работи, одобрението на комуналните услуги, изпитанията на обекта и общия строителен план.

5.2 Интегрирана трансформаторна подстанция срещу модулно разположение на оборудването

Фактор при избор	Интегрирана повишаваща трансформаторна подстанция	Модулно разположение на оборудването
Дислокация на оборудването	Фабрично интегриран пакет	Отделни трансформаторни и разпределителни уредби
Площ на обекта	Потенциално компактна	Зависи от разстоянието между оборудването
Интеграция с фабриката	По-висока степен на предварителна сглобка	Може да се наложи по-голяма координация на място
Достъп за поддръжка	Трябва да се включи в дизайна на корпуса	Може да осигури по-голямо разделяне на оборудването
Бъдещо разширяване	Зависи от дизайна на комплекта	Често предлага по-голяма гъвкавост при подреждането
Типични приложения	Блокове за слънчеви електроцентрали/системи за съхранение на енергия и компактни обекти	Големи или сложни трансформаторни подстанции

За хибридни електроцентрали с размери на електроснабдителна компания архитектурата на оборудването трябва да се избира въз основа на поддръжката, изискванията за разширение, електрическите разстояния, безопасното използване и общата инсталирана стойност.

5.3 Дизайн на трансформатор с две нисковолтови намотки

Някои фотоволтаични електроцентрали с батерийни енергоспирани системи използват трансформатори с отделни нисконапрежени намотки за фотоволтаичния инвертор и за системата за управление на батерии.

Тази конфигурация може да осигури отделни електрически интерфейси за двете преобразователни системи, като споделят обща среднонапрежена връзка.

Възможни предимства включват:

• Отделни нисконапрежени връзки.

• По-голяма гъвкавост при избора на напрежение на намотките.

• По-малка необходимост от определено външно променливо-токово съединително оборудване.

• Импеданс и заземяване, проектирани специално за приложението.

Отделните намотки обаче не осигуряват пълна електрическа изолация между свързаните системи при всички работни режими.

Токовете при повреди, свързаността между намотките, преходните напрежения и координацията на защитата трябва да се оценяват чрез еквивалентната схема на трансформатора с множество намотки.

Двойната вторична конструкция следователно трябва да се специфицира въз основа на изискваните мощностни класове, напрежения на намотките, векторната група, импедансите и характеристиките при късо съединение.

6. Трансформатор Защита при двупосочна фотоволтаична-батерийна експлоатация

6.1 Посокова токова защита

Традиционната защита на разпределителните мрежи може да се основава на предположението, че аварийният ток тече главно от електроснабдителния източник към свързаните натоварвания.

Хибридните фотоволтаични-аккумулаторни системи могат да въведат различни пътища за допринасяне на аварийния ток, в зависимост от режима на работа, контрола на инверторите и конфигурацията на мрежата.

Посоковите токови функции, като ANSI 67 и 67N, могат да са подходящи там, където е необходимо да се различава посоката на аварийния ток.

Други защитни функции могат да включват:

ANSI функция	Функция за защита	Разглеждане на приложение
50/51	Моментална/времева токова защита	Фазова аварийна защита
50N/51N	Земна токова защита	Откриване на земно заминаване
67/67N	Насочена токова защита	Дискриминация на повреди при наличие на множество източници
87T	Трансформаторна диференциална защита	Откриване на вътрешни повреди в трансформатора
49	Термална защита	Мониторинг на термично претоварване
27/59	Поднапрежение/пренапрежение	Аномални напрежения
81U/81O	Подчестотност/пречестотност	Нестабилности в честотата на мрежата

Изборът на защита зависи от размера на трансформатора, конфигурацията на заземяването, изискванията на мрежовия код и архитектурата на централата.

Насочената защита не трябва да се определя единствено поради възможността активната мощност да се обърне; необходимостта от нея трябва да бъде установена чрез проучване за координация на защитите.

6.2 Защита срещу пренапрежения и координация на изолацията

Фотоволтаичните инсталации и системите за съхранение на енергия (BESS) могат да бъдат подложени на вълни от гръмотевични разряди, пренапрежения при комутация и напрежения с нарушена форма.

Изолационните системи на трансформаторите трябва да бъдат координирани с очакваната електрическа среда.

Важни параметри включват:

• Най-високо напрежение за оборудването.

• Устойчивост към импулсно напрежение от гръмотевица.

• Диелектрична устойчивост при промишлена честота.

• Номинални параметри на предпазители срещу пренапрежения.

• Разпоредби за заземяване.

• Характеристики на изолацията на кабелите.

• Условия при превключвателни преходни процеси.

Оксидни предпазители срещу пренапрежения могат да се вградят според изискванията за координация на изолацията на системата.

При тяхното избиране трябва да се вземат предвид заземителната система, максималното непрекъснато работно напрежение, условията при временни пренапрежения и очакваната среда на вълнови импулси.

6.3 Мониторинг на трансформаторите и интеграция с SCADA

Големите фотоволтаични електроцентрали с батерийни енергийни съхранителни системи (PV-BESS) често включват централизирани системи за надзорно управление и събиране на данни (SCADA).

В зависимост от конструкцията на трансформатора и изискванията на проекта мониторингът може да включва:

• Температура на горната част на маслото.

• Индикация или оценка на температурата на намотките.

• Ниво на течност.

• Състояние на устройството за отпускане на налягане.

• Защита срещу натрупване на газ, когато е приложимо.

• Състояние на системата за охлаждане.

• Контакти за аларма и изключване.

Реле на Буххолц обикновено се свързват с подходящи трансформатори с маслено потапяне и консерватор, а не с всеки запечатан разпределителен трансформатор.

Мониторинговите данни могат да се свържат със SCADA-системи или системи за управление на енергията на ниво инсталация чрез подходящ интерфейс за управление.

Такава интеграция може да подпомага мониторинга на състоянието, планирането на поддръжката и оперативната прозрачност.

7. Стандарти на IEEE и IEC за PV-BESS повишаващи трансформатори

Международните проекти за възобновяема енергия трябва да отговарят на приложимите стандарти за трансформатори и изискванията за свързване към местната електрическа мрежа.

Следните стандарти предоставят съответни технически препратки.

Стандартно	Обхват	Релевантност за PV-BESS проекти
IEEE C57.159	Ръководство за трансформатори в разпределени фотоволтаични генериращи системи	Ръководство за приложение на трансформатори за фотоволтаични инвертори
IEEE C57.12.00	Общи изисквания за трансформатори с течностно охлаждане	Конструкция и производителност на трансформатори
IEEE C57.110	Възможности на трансформатори при несинусоидални товарни токове	Оценка на хармоничните загуби и натоварването
IEEE C57.91	Зареждане на трансформатори, потопени в минерално масло	Топлинна производителност и остаряване на изолацията
IEC 60076-1	Общи изисквания за силови трансформатори	Номинални стойности и общи спецификации
IEC 60076-2	Повишаване на температурата за течност-потопени трансформатори	Топлинно изпитване и граници
IEC 60076-5	Способност за издръжане на късо съединение	Изисквания за издръжливост при късо съединение
IEC 60076-7	Ръководство за натоварване на трансформатори с охлаждане чрез минерално масло	Оценка на товарния цикъл
IEC 60076-16	Трансформатори за приложение във вятърни турбини	Предимно от значение за трансформаторите за повишаване на напрежението във вятърни турбини
IEEE 1547	Свързване на разпределените енергийни ресурси	Изисквания към интерфейса на разпределените енергийни ресурси с електрическата мрежа в рамките на неговия обхват

IEC/IEEE 60076-16 е специално предназначена за приложенията на трансформаторите за повишаване на напрежението във вятърни турбини. Тя не трябва да се представя като специален стандарт за трансформатори за фотоволтаични и батерийни енергийни системи (PV-BESS).

По подобен начин IEEE C57.159 предоставя насоки за приложенията на трансформатори за разпределени фотоволтаични системи, но не замества общите стандарти за проектиране, изпитване и свързване с електрическата мрежа на трансформаторите.

За хибридни инсталации инженерите трябва да посочват приложимите изисквания отделно и да потвърдят дали конкретните разпоредби са от значение за избраната конфигурация на трансформатора.

8. Избор на изолиращи течности за трансформатори за слънчеви и батерийни енергийни системи

Изборът на изолираща течност влияе върху диелектричната производителност, прехвърлянето на топлина, пожарозащитата и екологичните аспекти.

8.1 Трансформатори с минерално масло

Минералното масло продължава да е често използван изолационен и охладителен медий за течностно потопени трансформатори.

Неговите предимства включват установени производствени практики, широка достъпност, доказан експлоатационен опит и обикновено конкурентна първоначална цена.

8.2 Естествени естерни изолационни течности

Естествените естерни течности все по-често се разглеждат за инсталации, при които са важни пожарната безопасност и екологичната ефективност.

В сравнение с конвенционалното минерално изолационно масло подходящите естествени естерни течности обикновено предлагат:

• По-високи температури на възпламеняване.

• Благоприятни характеристики за биоразградяемост.

• Различни свойства за управление на влагата.

• Потенциални предимства в избрани приложения, чувствителни към пожар.

Някои търговски естествени естерни течности имат температури на възпламеняване над 300 °C.

Обаче избраният флуид трябва да е съвместим с изолационната система на трансформатора, уплътненията, системата за охлаждане и процедурите за поддръжка.

При избора на флуид също така трябва да се вземат предвид приложимите разпоредби за пожарна защита, изискванията за съдържание и проектните екологични спецификации.

Нито естественият естерен флуид, нито минералното масло не трябва да се избират въз основа на единствена характеристика на производителността.

9. Практично размериране на трансформатор за хибридна PV-BESS инсталация

Разгледайте илюстративна хибридна инсталация със следните проектни параметри:

• Капацитет на PV инвертора: 3 MW.

• Капацитет на разряд на BESS PCS: 2 MW.

• Капацитет на заряд на BESS PCS: 2 MW.

• Среднонапрежение колекционна система: 35 kV.

• Обща AC колекционна аранжировка.

Ако системата за управление позволява на ФВ и БЕСС да експортират едновременно при техните максимални номинални активни мощности, комбинираният изход може да достигне:

3 MW + 2 MW = 5 MW

При предполагаем коефициент на мощността 0.95 приблизителното изискване за пълна мощност е:

S = P / PF

S = 5 000 kW / 0.95 = 5 263 kVA

Предварителна инженерна оценка може следователно да разглежда трансформаторни номинали над тази изчислена пълна мощност, като се имат предвид изискваните работни режими, условията за охлаждане и приложимите стандарти.

Обаче окончателният избор трябва да вземе под внимание допълнителни фактори.

Например, ако контролерът на централата ограничава общия експорт до 4 MW, изискването за натоварване на трансформатора може да бъде различно.

По подобен начин зареждането на батериите може да породи допълнителни сценарии на мощностен поток в зависимост от това дали енергията се доставя от слънчевата генерация, мрежата или и от двете.

Окончателният номинал на трансформатора трябва да се определи въз основа на пълна матрица на работните режими, която включва:

1. Максимален едновременен износ на PV и BESS.

2. Максимално разрешен импорт от мрежата.

3. Ограничения за работа с реактивна мощност.

4. Хармонично натоварване.

5. Вспомагателни товари на трансформатора.

6. Околна температура.

7. Бъдещо разширение на капацитета.

8. Разрешени условия на претоварване.

При трансформатори с множество намотки всяка намотка трябва да бъде оценена отделно спрямо собствената ѝ номинална стойност и граници на ток.

Ключовият принцип е трансформаторът да бъде проектиран за максималните вероятни електрически и термични работни условия, а не просто за сумата от номиналните стойности на инсталираното оборудване.

10. Персонализирани решения за стъпъп-трансформатори за PV-BESS от Jiangsu Dingxin Electric

Цзянсу Динсин Електрик е производител на разпределителни трансформатори, силови трансформатори и предварително сглобени подстанции, обслужващ международните пазари за електроинфраструктура.

С повече от 30 години опит в трансформаторната индустрия Динсин предоставя производствена и приложно ориентирана инженерна поддръжка за проекти в областта на възобновяемата енергия, промишленото разпределение и енергийните компании.

10.1 Персонализирани трансформатори за слънчеви и батерийни натрупвателни проекти

Приложенията PV и BESS често изискват различни електрически конфигурации в сравнение с обичайните търговски разпределителни проекти.

Динсин работи с клиентите, за да прегледа проектно-специфичните изисквания, свързани с:

• Номинални стойности на среднонапрежените трансформатори.

• Разположения за свързване на PV инвертори и BESS PCS.

• Комбинации от първични и вторични напрежения.

• Единични или множество ниско напрежение намотки.

• Векторни групи на трансформаторите.

• Изисквания към импеданса.

• Избор на изолираща течност.

• Системи за охлаждане.

• Конфигурации на външни корпуси.

• Аксесоари за защита и мониторинг.

За проекти с 35 kV клас системи за събиране могат да се оценяват персонализирани интегрирани проекти на подстанции според изискваните напрежение, капацитет, разположение на комутационното оборудване и условията за инсталиране.

10.2 Инженерна поддръжка за двупосочен електрически поток

Надеждната интеграция на PV-BESS изисква координация между проекта на трансформатора и електроинженерното проектиране на системно ниво.

По време на преглед на техническите спецификации важни аспекти за разглеждане включват:

Термична оценка: Оценка на циклите на натоварване, околна температура и повишаване на температурата на намотките.

Оценка на хармониците: Анализ на хармоничните данни от инвертора и PCS, за да се определи дали са необходими допълнителни изчисления на загубите или проектиране на специални мерки.

Електрическа конфигурация: Съгласуване на напрежението, импеданса, векторната група и заземителните схеми на намотките с хибридната енергийна система.

Съвместимост на защитата: Съгласуване на изискванията за защита на трансформатора с релейната защита и превключвателните схеми на системата.

Изпитания и документация: Определяне на приложимите изисквания на IEEE/IEC, критериите за фабрично приемане и техническата документация преди производството.

Dingxin може да подкрепя дискусии относно персонализирани спецификации за трансформатори за изпълнителни подизпълнители (EPC) в областта на слънчевата енергия, разработчици на възобновяема енергия и партньори за интеграция на BESS.

Фактическите номинални стойности на продукта, състоянието на съответствие, обхватът на изпитанията и наличните конфигурации трябва да бъдат потвърдени спрямо техническата документация, специфична за проекта.

11. Често задавани въпроси относно трансформаторите за стъпъп-напрежение PV-BESS

Какво е трансформатор с двупосочен поток на мощност?

Трансформатор с двупосочен поток на мощност е трансформатор, използван в електрическа система, при която активната мощност може да тече във всяка от двете посоки.

Конвенционалните AC трансформатори обикновено могат да прехвърлят мощност в двете посоки, но при хибридни възобновяеми енергийни приложения може да се наложи допълнителна оценка на циклите на натоварване, хармониците, регулирането на напрежението и защитата.

В какво се различава трансформаторът за стъпъп-напрежение BESS от конвенционален слънчев трансформатор?

Трансформаторът за стъпъп-напрежение BESS може да работи в режими на зареждане, разреждане, резервен режим и поддръжка на реактивна мощност.

В сравнение с конвенционално слънчево генериране, неговият работен профил може да включва различни цикли на натоварване и изисквания към качеството на електроенергията.

Конструкцията на трансформатора трябва да съответства на действителните характеристики на PCS и на работните условия на системата.

Може ли един трансформатор да свързва както PV инвертори, така и BESS PCS оборудване?

Да. Възможно е да се използва обща трансформаторна схема, ако електрическата архитектура, номиналните стойности на намотките, нивата на напрежение, координацията на защитата и топлинната мощност са проектирани правилно.

Вариантите включват обща нисконапрежена шина или трансформатор с множество намотки.

Двупосочното пренасяне на мощност предизвиква ли наситяване на трансформатора?

Не самостоятелно.

Наситяването на сърцевината е свързано с магнитните работни условия, като например прекалено високо съотношение напрежение-честота, постояннотокова компонента (DC bias) или определени преходни режими.

Само посоката на нормалния активен променливотоков поток на мощност не води по принцип до наситяване на сърцевината на трансформатора.

Задължителни ли са трансформаторите с коефициент K за инсталациите на BESS?

Не. Натоварването с хармоници трябва да се оценява чрез действителния спектър на тока от PCS и приложимата методология за проектиране на трансформатори.

Не следва да се приема по подразбиране, че конкретно означение с коефициент K е задължително за всеки течностно охлаждан трансформатор за BESS.

Задължителен ли е трансформаторът с устройство за регулиране под товар (OLTC) за стъпаловидната подстанция PV-BESS?

Не задължително.

Изискванията за ОЛТЦ зависят от условията на мрежовото напрежение, възможностите на инвертора за реактивна мощност, стратегията за регулиране на мрежата и спецификациите на проекта.

Много инсталации използват тап-устройства с изключено напрежение, комбинирани с подходящо регулиране на напрежението на ниво инвертор и мрежа.

Кои стандарти се прилагат за трансформаторите PV-BESS?

Съответните препратки могат да включват IEEE C57.159, IEEE C57.12.00, IEEE C57.110, IEC 60076-1, IEC 60076-2, IEC 60076-5 и приложимите ръководства за натоварване.

Изискванията за свързване към мрежата трябва да се разглеждат отделно.

Как един производител на трансформатори може да подпомогне хибридни проекти PV-BESS?

Производителят може да подпомогне избора на трансформатор, специфичен за проекта, конфигурацията на намотките, оценката на загубите, проекта на изолацията, оценката на топлинната производителност, избора на аксесоари и документацията за фабричното изпитване.

Окончателната спецификация на оборудването трябва да бъде координирана между ЕРС-подизпълнителя, доставчика на PCS, инженера по мрежата и производителя на трансформатори.

12. Заключение: Инженерно надеждно PV-BESS Енергиен инфраструктурен комплекс

С нарастващата интеграция на слънчевата генерация и батерийните енергийни системи за съхранение изборът на трансформатори се развива далеч отвъд обичайните параметри като номинална мощност и съответствие на напрежението.

Надеждна фотоволтаичната подстанция за повишаване на напрежението трябва да поддържа работните характеристики на хибридни възобновяеми енергийни системи, запазвайки при това подходяща топлинна, диелектрична и електрическа производителност.

Ключови инженерни аспекти за разглеждане включват:

• Двуосочен активен и реактивен мощностен поток.

• Променливи профили на зареждане и разреждане.

• Хармонични токови характеристики.

• Топлинно натоварване на трансформатора и остаряване на изолацията.

• Регулиране на напрежението и избор на стъпки за промяна на напрежението.

• Аварийни токове от множество източници и координация на защитата.

• Приложими стандарти на IEEE/IEC.

• Изисквания за дългосрочна надеждност и поддръжка.

За големи възобновяеми енергийни проекти ранната координация между производителите на трансформатори, EPC-изпълнители, доставчици на PCS и инженери от електроснабдителните компании може да намали рисковете при интеграцията и да подобри съвместимостта на оборудването.

Поискайте персонализиран трансформатор за повишаване на напрежението в PV-BESS системи

Проектирате хибридна слънчева система със съхранение на енергия или модернизирате съществуваща подстанция за възобновяема енергия?

Компанията Jiangsu Dingxin Electric предлага персонализирани решения за трансформатори и интегрирани подстанции за фотоволтаични генератори, батерийни енергийни съхраняващи системи и разпределение на средно напрежение.

Нашите специалисти могат да прегледат вашите електрически изисквания, включително капацитета на трансформатора, системното напрежение, конфигурацията на намотките, защитните аксесоари и приложимите инженерни стандарти.

Свържете се с Dingxin Electric, за да поискате преглед на техническите изисквания за конкретен проект или техническо RFQ.

Уебсайт: https://www.dishinelectric.com/