Distribuční transformátory pro solární elektrárny, systémy akumulace energie (BESS) a obousměrný výkonový tok

Tradiční distribuční sítě byly většinou navrženy na základě jednoduchého modelu toku výkonu: elektřina se přes transformátor přenášela z veřejné sítě k koncovému uživateli. Rychlý růst solárních fotovoltaických systémů (PV), systémů akumulace energie (BESS), mikrosítí a flexibilních zátěží tentо model mění.

Moderní distribuční transformátor může vyžadovat podporu toku výkonu ve více než jednom směru. V obdobích vysoké solární výroby může elektrický proud procházet ze solárního fotovoltaického systému směrem k síti. Systém akumulace energie (BESS) může při nabíjení odebírat výkon ze sítě nebo ze solárního systému a poté při vybíjení dodávat výkon místním zátěžím nebo síti.

Tato se měnící pracovní doba vyvolává nové inženýrské požadavky na solární distribuční transformátory , transformátory pro BESS a transformátory pro obousměrný tok výkonu . Kapacita transformátoru, regulace napětí, impedance, tepelný výkon, harmonické složky, ochrana, monitorování a požadavky uživatelů sítě musí být všechny vzájemně zohledněny.

Jako výrobce transformátorů a předem vyrobených rozvodných stanic Dingxin Electric poskytuje specializovaná řešení transformátorů pro fotovoltaické solární systémy, systémy akumulace energie (BESS), mikrosítě, veřejné sítě, komerční a průmyslové aplikace.

1. Z jednosměrné distribuce k obousměrnému toku výkonu

Tradiční model distribuce lze znázornit jako:

Veřejná síť → Distribuční transformátor → Elektrická zátěž

Fotovoltaické elektrárny a bateriové úložiště mohou tento vztah změnit.

Solární fotovoltaika

Když fotovoltaická elektrárna vyrobí méně energie, než je místní zátěž:

Přenosová síť → transformátor → zátěž

Když výroba energie z fotovoltaiky překročí místní spotřebu:

Fotovoltaická elektrárna → transformátor → přenosová síť

Tento stav se obvykle označuje jako obrácený proud nebo výkonový tok do sítě .

Nabíjení BESS

Při nabíjení systému bateriového úložiště energie (BESS) může proudit energie:

Síť / fotovoltaická elektrárna → transformátor → BESS

Vybijení BESS

Při vybíjení baterie:

BESS → transformátor → místní zátěž / síť

Hybridní solární + BESS řešení

Hybridní projekt může kombinovat všechny tyto provozní režimy:

Veřejná síť ↔ distribuční transformátor ↔ fotovoltaické panely / BESS / komerční zátěž

To znamená, že transformátor může během dne zažívat kolísající úrovně zátěže a změny směru toku výkonu.

Samotný transformátor je pouze jednou součástí systému. V kompletním projektu obnovitelných zdrojů energie by měla být konfigurace transformátoru koordinována s invertory, zařízeními PCS, rozvaděči, ochrannými systémy, uzemněním, měřicími zařízeními a návrhem připojení k veřejné síti.

2. Proč solární elektrárny a BESS mění provozní cykly transformátorů

Klasické elektrické zátěže často sledují relativně předvídatelné vzory. Fotovoltaické elektrárny a BESS však zavádějí dynamičtější provozní podmínky.

Změny výroby solární energie během dne

Výkon solárního systému se mění v závislosti na:

• Slunečním záření

• Oblačnost

• Doba dne

• Roční období

• Orientaci systému

• Kapacitě fotovoltaického pole

• Strategii řízení střídače

Transformátor připojený k solární elektrárně se proto může během jediného dne výrazně měnit zatížení.

BESS může měnit provozní režimy

Bateriový systém může nabíjet nebo vybíjet podle:

• Cen elektřiny podle časového pásma

• Ořezání špiček

• Správa poptávky

• Optimalizace obnovitelných zdrojů energie

• Služby sítě

• Požadavky na zálohování elektrického proudu

• Pokyny k dispečerskému řízení sítě

Transformátor se proto může opakovaně přepínat mezi dovozem a vývozem elektrické energie.

Průměrný výkon nestačí

Výběr transformátoru by neměl být založen pouze na průměrném výkonu.

Projektové týmy by měly posoudit:

• Maximální dovozový výkon

• Maximální vývozový výkon

• Trvalé zatížení

• Zatížení krátkodobého trvání

• Nábojové a výbojové cykly

• Denní provozní profil

• Sezónní provozní profil

• Budoucí rozšíření systému

Transformátor je třeba vyhodnotit za skutečných provozních scénářů, které se očekávají během celé doby jeho životnosti.

3. Zpětný tok výkonu: Co by měly projektové týmy vyhodnotit

Zpětný tok výkonu není automaticky problémem.

Stává se inženýrskou záležitostí tehdy, když byl distribuční systém původně navržen především pro jednosměrný přenos výkonu a později je připojen k významnému rozptýlenému zdroji výkonu nebo úložišti.

Před výběrem transformátor pro obousměrný tok výkonu , projektové týmy by měly vyhodnotit celý elektrický systém.

Požadavky na připojení k veřejné síti

Místní dodavatel energie může stanovit požadavky na:

• Maximální výkon pro export

• Regulace napětí

• Ochrana

• Měření

• Kvalita energie

• Konfigurace transformátoru

• Zazemňování

• Přepínání mezi družicemi

• Studie propojení

Tyto požadavky je třeba potvrdit ještě před dokončením návrhu transformátoru.

Nastavení odboček transformátoru

Poměr převodu transformátoru ovlivňuje napětí dodávané do následného systému.

Při opačném směru toku výkonu se chování napětí může také změnit. Proto je vhodné vyhodnotit příslušné nastavení odboček na základě provozních podmínek projektu pro import i export.

Koordinace ochran

Opačný tok výkonu může ovlivnit předpoklady ochranných zařízení.

Inženýři mohou být nutni zkontrolovat:

• Směrovou ochranu

• Ochrana proti přetížení

• Ochranu proti zemnímu poruchovému proudu

• Nastavení opakovaného zapínacího zařízení

• Koordinace pojistek

• Ochrana proti ostrovnímu provozu

• Jmenovité hodnoty jističů

Transformátor nelze posuzovat odděleně od celkového systému ochrany.

Jmenovité hodnoty kabelů a rozvaděčů

Maximální proud pro výkon do sítě může ovlivnit:

• Kabely středního napětí

• Vodiče nízkého napětí

• Rozvaděčů

• Odpojuje

• Busbarech

• Měřicí zařízení

Všechny komponenty je třeba zkontrolovat proti maximálnímu očekávanému proudu v obou směrech.

4. Regulace napětí a výběr zapojení na převodovém vinutí

Správa napětí je další důležitou záležitostí u projektů využívajících solární energii a BESS.

Zvýšení napětí související se solární energií

Když fotovoltaický systém dodává výkon do distribuční sítě, může dojít ke zvýšení napětí podél přívodního vedení, zejména v případech, kdy je místní spotřeba nízká a výroba vysoká.

Velikost zvýšení napětí závisí na následujících faktorech:

• Výkon odebíraný ze sítě

• Impedance přívodního vedení

• Transformátorová impedance

• Délka kabelu

• Místní zátěž

• Konfigurace sítě

• Řízení střídače

Transformátor sám o sobě nemůže odstranit všechny problémy se zvýšením napětí.

Nabíjení BESS a pokles napětí

Při nabíjení BESS s vysokým výkonem může vzniknout významná lokální zátěž.

To může přispět ke snížení napětí v závislosti na:

• Výkon nabíjení

• Kapacita transforméru

• Impedance přívodního vedení

• Délka kabelu

• Stávající zátěži

• Síle sítě

Nastavení odboček a regulaci napětí

V závislosti na projektu mohou inženýři vyhodnotit:

• Pevná nastavení odboček

• Odpojené měniče odboček

• Přepínači za provozu

• Stabilizátory napětí

• Regulaci napětí invertorem

• Regulaci jalového výkonu

Příslušná strategie závisí na síti dodavatele elektřiny a architektuře projektu.

Výběr transformátoru by proto měl být koordinován s řízením střídačů, zařízeními pro regulaci napětí a celkovou studií připojení, nikoli považován za izolované řešení.

5. Harmonické složky, kvalita elektrické energie a tepelné aspekty

Solární střídače a systémy akumulace elektrické energie v bateriích využívají výkonovou elektroniku k přeměně elektrické energie mezi střídavým (AC) a stejnosměrným (DC) proudem.

Další moderní zařízení – včetně Systémů PCS, UPS, nabíječek EV a frekvenčně řízených pohonů – mohou rovněž způsobovat nelineární charakteristiky proudu.

Proč jsou harmonické složky důležité

Harmonické proudy mohou způsobit:

• Dodatečné zahřívání transformátoru

• Zvýšené ztráty

• Snížená účinnost zařízení

• Zkreslení napětí

• Zvýšené tepelné namáhání

Skutečný dopad závisí na návrhu zařízení, spektru harmonických složek, impedanci soustavy, provozních podmínkách a použitelných normách.

Co je třeba vyhodnotit?

V závislosti na projektu mohou inženýři posoudit:

• Celkové harmonické zkreslení (THD)

• Jednotlivé řády harmonických složek

• Spektrum zatěžovacího proudu

• Tepelnou kapacitu transformátoru

• Možné požadavky na snížení jmenovitých hodnot

• Specifikace invertoru a řídicích systémů pro energii (PCS)

• Účinník

• Požadavky na jalový výkon

Transformátor by neměl být vybírán pouze na základě jeho jmenovitého výkonu v kVA, pokud projekt obsahuje významné nelineární zátěže.

Konečný návrh je třeba ověřit proti příslušným elektrickým normám a projektově specifickým požadavkům na kvalitu elektrické energie.

6. Výběr vhodného typu transformátoru pro solární elektrárny a systémy akumulace energie (BESS)

Obou olejem plněné distribuční transformátory a suchých transformátorů lze použít v aplikacích obnovitelných zdrojů energie. Příslušná volba závisí na konkrétním projektu.

Projektový faktor	Transformátor naplněný olejem	Suchý transformátor
Venkovní užitkové aplikace	Běžná volba	Závisí na aplikaci
Projekty s větší kapacitou	Často uvažováno	Závisí na návrhu a podmínkách místa
Vnitřní instalace	Vyžaduje zohlednění tekutin a požární bezpečnosti	Často vhodné pro vnitřní aplikace
Místa citlivá na požár	Výběr a obsah tekutiny může vyžadovat zvážení	Žádná izolační kapalina
Předpokládané vlivy na životní prostředí	Závislé na konfiguraci	Závislé na konfiguraci
Údržba	Závisí na konstrukci transformátoru a použité tekutině	Závisí na ventilaci a provozním prostředí
Chlazení	Chlazení s pomocí kapaliny	Chlazení vzduchem
Konečný výběr	Na základě napětí, kapacity, umístění, norem a celkových nákladů	Na základě napětí, kapacity, umístění, norem a celkových nákladů

Olejově naplněné transformátory

Olejem plněné transformátory se široce používají v distribučních aplikacích pro veřejnou síť a venkovní provozy.

V závislosti na projektu mohou izolační kapaliny zahrnovat běžný minerální olej nebo alternativní kapaliny, například esterové kapaliny.

Při výběru kapaliny je třeba zvážit:

• Požární požadavky

• Podmínky životního prostředí

• Specifikace veřejné sítě

• Umístění instalace

• Strategie údržby

• Ekologické riziko

Suchých transformátorů

Suché transformátory eliminují kapalnou izolaci a mohou být atraktivní pro určité vnitřní, komerční, průmyslové a požárně citlivé aplikace.

Suché transformátory však také vyžadují vhodné větrání, tepelné řízení, instalační prostor a ochranu před vlivy prostředí.

Pro projekty solárních elektráren nebo BESS neexistuje univerzální „nejlepší“ typ transformátoru. Výběr by měl odpovídat kompletnímu návrhu projektu.

Související článek: [Suché vs. olejem plněné distribuční transformátory]

7. Otázky týkající se návrhu transformátoru pro solární a akumulační projekty

Než zakazatel požádá o cenovou nabídku na solární transformátor nebo transformátor BESS , týmy projektu by měly stanovit provozní požadavky.

Elektrické otázky

• Jaké je primární napětí?

• Jaké je sekundární napětí?

• Jaký je jmenovitý výkon transformátoru?

• Jaký je maximální vstupní výkon?

• Jaký je maximální výstupní výkon?

• Jaká je frekvence systému?

• Jaký impedanční poměr je vyžadován?

• Jaká skupina spojení (vektorová skupina) je vyžadována?

• Jaká konfigurace odboček je vyžadována?

Otázky týkající se použití

• Je transformátor připojen pouze k solárním fotovoltaickým panelům (PV)?

• Je připojen pouze k systému akumulace energie (BESS)?

• Je součástí hybridního systému PV + BESS?

• Je systém připojen k veřejné síti?

• Může mikro-síť provozovat režim ostrovního provozu (island mode)?

• Bude transformátor vystaven obousměrnému toku výkonu?

• Jaký je očekávaný denní provozní cyklus?

Otázky kvality elektrické energie

• Jsou přítomny významné nelineární zátěže?

• Jaké je očekávané harmonické spektrum?

• Je vyžadováno řízení jalového výkonu?

• Je vyžadována regulace napětí?

• Existují specifické limity kvality elektrické energie stanovené distribuční soustavou?

Budoucí expanzi

Tým projektu by měl také zvážit:

• Další kapacitu fotovoltaických panelů

• Další kapacitu systémů akumulace elektrické energie (BESS)

• Vyšší limity vývozu

• Nové zátěže

• Nabíjení EV

• Rozšíření mikrosítě

• Další transformátory

Transformátor vybraný pouze pro počáteční instalaci se může stát omezením, pokud nebylo zohledněno budoucí rozšíření.

8. Monitorování a přehlednost aktiv

Projekty obnovitelných zdrojů energie mohou běžet s výraznými změnami zatížení transformátoru během dne.

Monitorování může poskytnout užitečná provozní data pro provozní a údržbové týmy elektrárny.

V závislosti na typu transformátoru a požadavcích projektu může monitorování zahrnovat:

• Zátěž transformátoru

• Proud

• Napětí

• Teplota oleje

• Teplota vinutí

• Hladina oleje

• Stav chlazení

• Alarmní podmínky

• Přetížení

• Vzdálená komunikace

Integrace se SCADA a EMS

U větších solárních a BESS projektů lze monitorování transformátoru integrovat s:

• SCADA

• Systémy energetického managementu (EMS)

• Platformami pro monitorování elektráren

• Systémy řízení budov

• Vzdálenými systémy správy aktiv

To pomáhá provozovatelům pochopit provozní podmínky transformátoru a identifikovat neobvyklé události.

Monitorování nezabraňuje poruchám zařízení, ale podporuje údržbu založenou na stavu a zvyšuje přehlednost provozu.

To může být zvláště užitečné u vzdálených zařízení obnovitelných zdrojů energie, kde pravidelné fyzické kontroly probíhají méně často.

9. Jak specifikovat distribuční transformátor pro solární elektrárnu nebo BESS

Jasná technická specifikace pomáhá výrobci transformátoru pochopit skutečné provozní podmínky projektu.

Kontrolní seznam pro žádost o nabídku (RFQ) transformátoru pro solární elektrárny a BESS

Požadavek	Informace k poskytnutí
Site	Umístění a okolní podmínky
Aplikace	Sluneční energie / BESS / FV + BESS / mikrogrid
Kapacita	kVA nebo MVA
Primární napětí	VN / VN napětí
Sekundární napětí	NN nebo VN napětí
Vstupní výkon	Maximální výkon ze sítě do projektu
Výkon odebíraný ze sítě	Maximální výkon z projektu do sítě
Vektrová skupina	Požadavek specifický pro projekt
Impedance	Požadované procento
Konfigurace odboček	Pevné / mimo obvod / za zatížení
Chlazení	Požadovaná metoda chlazení
Typ transformátoru	Suchý typ / olejové
Tekutina	Minerální olej / ester / jiné, pokud je to příslušné
Harmonické	Očekávané nelineární zatížení a požadavky na kvalitu elektrické energie
Monitorování	Požadované senzory a komunikační prostředky
Standardy	Platné užitkové a elektrické normy
Certifikace	Požadované tržní / projektové certifikace
Doručení	Požadovaný výrobní a dodací harmonogram

Proč je důležitá kapacita pro dovoz a vývoz

Jedním z nejdůležitějších doplňků technické specifikace transformátoru pro obnovitelné zdroje energie je maximální výkon pro dovoz a vývoz .

Klasická specifikace pouze pro zatížení může uvést maximální zatížení, ale nepopisuje, kolik energie systém může vyvést.

U obousměrného systému by měly být obě směry zahrnuty do elektrotechnické studie i do specifikace zařízení.

10. Zvažování transformátoru pro mikro-sítě

Mikro-sítě přinášejí další úroveň složitosti, protože mohou pracovat jak v režimu připojení k síti, tak v ostrovním režimu.

Mikro-síť může kombinovat:

• Zásobování pomocnými systémy

• Solární fotovoltaika

• BESS

• Záložní generátory

• Komerční nebo průmyslové zátěže

• Nabíjení EV

• Systémy energetického manažmentu

Během provozu připojeného ke síti může transformátor vyměňovat výkon s veřejnou sítí.

Během ostrovního provozu se vzor toku výkonu může výrazně změnit.

To znamená, že inženýři mohou muset vyhodnotit chování transformátoru za několika provozních stavů místo pouze za jediného stavu normální zátěže.

Klíčová zvažovaná kritéria mohou zahrnovat:

• Maximální dovoz

• Maximální vývoz

• Nabíjení v režimu ostrova

• Výška výpovědního proud

• Zazemňování

• Koordinace ochran

• Regulace napětí

• Řízení frekvence

• Řízení invertoru BESS

• Interakce s generátorem

Specifikace transformátoru by proto měla být vypracována jako součást celkového elektrického návrhu mikro-sítě.

11. Jak vyhodnotit výrobce solárních nebo BESS transformátorů

U projektů v oblasti obnovitelných zdrojů energie by měl být výrobce transformátorů posuzován na základě více než pouhé dostupnosti standardních výrobků.

Projektové týmy by mohly chtít zkontrolovat následující charakteristiky výrobce:

• Inženýrské schopnosti v oblasti transformátorů

• Výrobní kapacita

• Možnosti personalizace

• Postupy továrního testování

• Řízení kvality

• Technická dokumentace

• Plánování dodávky

• Zkušenosti s aplikacemi v oblasti obnovitelných zdrojů energie

• Možnosti monitoringu a příslušenství

• Podpora po prodeji

U individuálních projektů může včasná technická komunikace pomoci vyřešit požadavky na napětí, impedanci, skupinu spojení, chlazení, monitorování a krytí ještě před zahájením výroby.

Dingxin Řešení pro transformátory pro solární elektrárny a systémy BESS

Dingxin Electric je výrobcem transformátorů a předem vyrobených rozvodných stanic, který poskytuje individuální řešení pro projekty v oblasti obnovitelných zdrojů energie, energetiky, průmyslu, obchodu a infrastruktury.

Naše produkty zahrnují:

• Distribuční transformátory

• Napájecí transformátory

• Olejově imerzní transformátory

• Suchých transformátorů

• Proměnné namontované na podstavu

• Prefabrikované transformátory

• Specializovaná řešení pro transformátory

Pro solární fotovoltaické, BESS a hybridní energetické projekty může společnost Dingxin splnit projektově specifické požadavky týkající se výkonu, napětí, impedance, skupiny spojení, konfigurace odboček, chlazení, monitorování, krytí a podmínek instalace .

Protože projekty v oblasti obnovitelných zdrojů energie mohou pracovat s proměnnými zatěžovacími profily a obousměrným tokem výkonu, výběr transformátoru by měl být založen na úplném provozním modelu projektu.

Dingxin může spolupracovat se stavebními dodavateli EPC, vývojáři, systémovými integrátory, energetickými společnostmi a majiteli projektů při vývoji konfigurace transformátoru na základě skutečných elektrických požadavků, nikoli pouze na základě standardního katalogového výkonu.

Často kladené otázky

Co je solární distribuční transformátor?

Solární distribuční transformátor je transformátor používaný ke spojení fotovoltaického (PV) výrobního systému se středním napětím nebo jinou elektrickou distribuční sítí. Jeho výkon a konfigurace závisí na kapacitě PV, úrovních napětí, požadavcích na export energie, návrhu připojení k síti a platných normách.

Co je transformátor BESS?

Transformátor BESS spojuje systém akumulace energie v bateriích (BESS) a jeho zařízení pro převod výkonu s elektrickou distribuční nebo přenosovou soustavou. V závislosti na konfiguraci systému může transformátor muset podporovat tok výkonu jak při nabíjení, tak při vybíjení.

Může transformátor zpracovávat obousměrný tok výkonu?

Transformátor lze navrhnout a specifikovat pro systémy s obousměrným tokem výkonu, avšak jeho vhodnost je třeba posoudit jako součást kompletního elektrického systému. Je nutné zohlednit ochranu, regulaci napětí, tepelné zatížení, impedanci, uzemnění a požadavky na připojení k distribuční síti.

Způsobuje solární energie reverzní tok výkonu?

Fotovoltaické solární systémy mohou způsobit reverzní tok výkonu, pokud je vyrobený výkon vyšší než místní elektrická poptávka a přebytečný výkon je exportován směrem k nadřazené distribuční síti. Zda k tomu dojde, závisí na zátěži systému, výkonu fotovoltaických panelů, úložné kapacitě a řízení exportu.

Mění systém BESS zatížení transformátoru?

Ano. Systém BESS může zvyšovat zatížení transformátoru během nabíjení a exportovat výkon během vybíjení. Transformátor je proto třeba posuzovat na základě očekávaného profilu nabíjení a vybíjení, nikoli pouze na základě průměrné zátěže.

Vytvářejí solární a BESS systémy harmonické složky?

Výkonová elektronická zařízení, jako jsou solární invertory a řídicí jednotky akumulačních systémů (BESS PCS), mohou způsobovat harmonické proudy. Skutečný harmonický výkon závisí na konkrétním zařízení a návrhu celého systému, proto by měli inženýři vyhodnotit očekávané harmonické spektrum a příslušné požadavky na kvalitu elektrické energie.

Může společnost Dingxin přizpůsobit transformátory pro solární elektrárny a akumulační systémy (BESS)?

Ano. Společnost Dingxin nabízí přizpůsobená řešení transformátorů a předem vyrobených rozvodných stanic na základě projektově specifických požadavků týkajících se napětí, výkonu, impedance, skupiny spojení vinutí, regulace napětí (tap), chlazení, monitoringu, krytu a dalších parametrů.

Plánujete projekt solární elektrárny, akumulačního systému (BESS) nebo hybridního energetického systému?

Transformátor pro obnovitelné zdroje energie by měl být navržen s ohledem na projektové maximální příkon, maximální odběr, profil zátěže, požadavky na napětí, kvalitu elektrické energie, strategii ochrany a plány rozšíření v budoucnu .

Pošlete Dingxinu svůj jednočárový schéma, primární a sekundární napětí, výkon transformátoru, maximální výkon pro dovoz/vývoz, provozní profil a požadavky uživatele na připojení k síti. Náš technický tým může aplikaci zkontrolovat a doporučit přizpůsobenou konfiguraci transformátoru.

Ještě dnes si u Dingxinu vyžádejte technickou cenovou nabídku pro váš projekt solární energie, BESS, mikrosítě nebo obousměrného toku výkonu.

Dingxin Electric — Přizpůsobená řešení transformátorů a prefabrikovaných rozvodných stanic pro projekty obnovitelných zdrojů energie.