Udvikling af transformerer til spændingsstigning til solcelleanlæg og batterilagring af energi: Håndtering af tovejs effektflyd, termisk belastning og beskyttelse

Den stigende integration af fotovoltaisk (PV) kraftproduktion og batterienergilagringssystemer (BESS) ændrer, hvordan vedvarende energianlæg tilsluttes elektriske distributionsnet.

I modsætning til konventionelle solanlæg, der primært eksporterer den genererede elektricitet, kan hybride PV-BESS-anlæg operere i flere tilstande: eksport af solenergi, opladning af batterier fra nettet eller solkraftproduktion, afladning af lagret energi samt levering af netstøtteydelser.

Disse skiftende driftsforhold stiller nye tekniske krav til den fotovoltaiske step-up-understation og dens tilhørende transformatorer.

Et korrekt dimensioneret transformer til tovejs effektkreds skal kunne tilpasse sig varierende belastningsprofiler, opretholde acceptabel termisk ydelse, tåle specificerede elektriske forstyrrelser og fungere inden for et koordineret beskyttelsessystem.

For solcelle-EPC-entreprenører, BESS-integratører, elselskabsingeniører og industrielle strømforsyningsdesignere er transformatorvalg derfor en afgørende del af projektpålidelighed og levetidsomkostningsstyring.

Denne vejledning undersøger de elektriske, termiske og beskyttelsesmæssige udfordringer ved integration af PV og BESS og forklarer, hvordan man specificerer en passende step-up-transformator til moderne hybride vedvarende energiprojekter.

1. Forståelse af PV-BESS-hybride kraftsystemer

1.1 Hvordan solcelle-plus-lagring ændrer strømforsyningen

I et konventionelt nettilsluttet fotovoltaisk anlæg omdanner solcelleinvertere jævnstrøm fra fotovoltaiske moduler til vekselstrøm.

En step-up-transformator øger inverterens udgangsspænding til det krævede mellem-spændingsforsyningsniveau, f.eks. 10 kV, 20 kV eller 35 kV.

Strømmen flyder normalt fra solenergiudstyret mod samlenettet eller el-forsyningsnettet, selvom hjælpeforbrug og visse driftsforhold kan medføre begrænset omvendt strømretning.

Når batterilagring af elektrisk energi indføres, bliver den elektriske arkitektur mere kompleks.

En hybride PV-BESS-installation kan operere i flere tilstande:

Driftsmode	Energiflyd	Transformatorovervejelser
Solenergi	PV-omformer → Transformator → Net	Kontinuerlig genereringsbelastning
Batteriladning fra nettet	Net → Transformator → BESS-PCS	Omvendt aktiv effektflyd
Batteri aflader	BESS PCS → Transformer → Net	Eksportbelastning og termisk ydeevne
Solcelle- og BESS-eksport	PV + BESS → Transformer → Net	Kombineret maksimal effektudgang
Netstøtte	Tovejs aktiv/reaktiv effektaustaus	Spændningsregulering og beskyttelseskoordination
Standby	Minimal aktiv effektoverførsel	Tomgangstab og hjælpeforbrug

I AC-koblede systemer kan fotovoltaiske invertere og batterienergiomformere (PCS) tilsluttes et fælles AC-samlingsnet.

En dedikeret BESS-transformator, en fælles step-up-transformator eller flere transformatorkonfigurationer kan anvendes afhængigt af systemkapacitet og elektrisk arkitektur.

1.2 Hvorfor er tovejs effektflydning vigtig?

En konventionel transformator er generelt i stand til at overføre AC-effekt i begge retninger, forudsat at dens spændings-, strøm-, isolations-, termiske og beskyttelsesgrænser overholdes.

Derfor, tovejs effektflydning kræver ikke i sig selv en helt anden magnetisk transformatorudformning .

Udfordringen i ingeniørarbejdet opstår fra de driftsbetingelser, der er forbundet med hybride sol- og lager-systemer.

Disse kan omfatte:

• Gentagne skift mellem opladning og afladning.

• Variabel belastning gennem døgnet.

• Af invertere genererede harmoniske strømme.

• Udveksling af reaktiv effekt.

• Mulig DC-strømindstrømning.

• Forskellige fejlstrømbidrag i forskellige driftstilstande.

• Spændingsændringer i samlingnetværket.

• Lange perioder med strømforsynet standby-drift.

En fotovoltaisk trin-op-transformator skal vurderes ud fra disse faktiske driftsforhold frem for kun strømretningen.

2. Termisk spænding og belastningsudfordringer i BESS trin-op-transformatorer

2.1 Termisk cyklus under opladning og afladning

Termisk ydeevne er en væsentlig overvejelse ved valg af en BESS trin-op-transformator .

Temperaturen i transformatorviklinger og isolerende væske afhænger primært af elektriske tab, køleforhold, omgivelsestemperatur og tidligere belastningshistorik.

Et batterilageranlæg kan opleve flere opladnings- og afladningsperioder inden for én enkelt dag.

For eksempel kan et batterisystem oplades under perioder med høj solenergi-generering, aflades under aftenens topbelastning og yde yderligere elnettjenester i mellemperioder.

Selvom omvendt effektflyd ikke i sig selv forårsager ekstra opvarmning ved samme RMS-strøm, kan hyppige ændringer i strømmens størrelse føre til gentagne opvarmnings- og afkølingscyklusser.

Disse cyklusser kan påvirke:

• Viklingens varmeste punkt.

• Isoleringens aldringshastighed.

• Termisk udvidelse og sammentrækning.

• Mekanisk belastning af viklingsstøttestrukturer.

• Langtidstilstanden af olie og isolering.

Den resulterende temperaturvariation afhænger af belastningsvarigheden og transformatorens termiske tidskonstanter.

Derfor bør transformatorudformningen tage hensyn til hele driftsprofilen i stedet for kun den nominelle PCS-effektrating.

2.2 Vurdering af transformatorens hot-spot-temperatur

Transformatorens isolationslevetid påvirkes kraftigt af viklingens hot-spot-temperatur.

For olieopdyppede transformatorer kan den tilnærmede hot-spot-temperatur repræsenteres som:

θH = θA + ΔθTO + ΔθH

Hvor:

• θH: Viklingens varmeste punkt.

• θA: Omgivelsestemperatur.

• δθTO: Olietemperaturstigning over omgivelsestemperaturen.

• δθH: Vindingens varmeste punkt temperaturgradient over top-olietemperatur.

Den faktiske temperaturstigning varierer med belastning, kølingssystemets design, transformatorgeometri og driftshistorik.

Ingeniører bør vurdere belastningen ved hjælp af relevante retningslinjer såsom IEEE C57.91 eller IEC 60076-7, afhængigt af projektspecifikationen.

For BESS-installationer kan en repræsentativ tidsrækkebelastningsprofil hjælpe med at identificere termiske risici, som muligvis ikke fremgår af en simpel navnepladekapacitetsberegning.

2.3 DC-strømindførsel og kernekobling

Kraftelektroniske konvertere kan under visse forhold indføre små DC-komponenter i deres vekselstrømsudgang.

For stor DC-strømindførsel kan skabe magnetisk forspænding i en transformators kerne, hvilket potentielt kan føre til:

• Øget magnetiseringsstrøm.

• Kernekobling.

• Yderligere spredte tab.

• Lokal opvarmning.

• Øget akustisk støj.

• Unormal vibration.

Derudover indeholder veludformede nettilsluttede invertere og PCS-udstyr styrings- og beskyttelsesfunktioner, der er beregnet til at begrænse DC-indstrømning.

DC-forskydning skal vurderes som et krav til strømkvalitet og udstyrskompatibilitet og må ikke antages at være en uundgåelig konsekvens af tovejsdrift.

Transformatorproducenter bør anmode PCS-producenten om de specificerede grænser for DC-indstrømning ved vurdering af kompatibilitet.

3. Harmonisk forvrængning og Transformator Tab i hybride PV-BESS-systemer

3.1 Hvorfor kraftelektroniske konvertere er afgørende

Photovoltaiske inverters og batteri-PCS-udstyr bruger halvlederskiftning og styringsalgoritmer til at konvertere elektrisk energi.

Disse konverteringsprocesser kan indføre harmoniske strømkomponenter.

Afhængigt af konvertertopologi, skiftfrekvens, styringsstrategi og filtrering kan relevante harmoniske komponenter omfatte den 5., 7., 11. og 13. harmoniske samt højerefrekvente komponenter.

Det faktiske harmoniske spektrum skal opnås fra udstyrsproducenten eller en passende strømkvalitetsundersøgelse.

Harmoniske strømme kan øge:

• Vindlingseddystrømtab.

• Spredt tab i konstruktionsdele.

• Yderligere ledervarme.

• Den samlede termiske belastning af transformatorer.

• Potentiel elektrisk spændingspåvirkning relateret til resonans i det bredere system.

Da hvirvelstrømstabet relateret til harmoniske er frekvensafhængigt, kan en vurdering udelukkende af effektivværdien af grundfrekvensstrømmen undervurdere visse bidrag til tabet.

3.2 Kræver BESS-transformere K-faktorvurderinger?

K-faktor bruges almindeligt til at beskrive en transformators evne til at håndtere specificerede ikke-lineære belastningsegenskaber, især i visse tørretypetransformatorapplikationer.

Valg af en vilkårlig K-4-, K-9- eller K-13-vurdering er imidlertid ikke et universelt krav for væskefyldte solcelle- og energilagringstransformatorer til spændingsoptransformering.

For mellemspændingsvæskefyldte transformatorer er en mere passende ingeniørmæssig fremgangsmåde at analysere det forventede harmoniske spektrum og de deraf følgende ekstra tab.

IEEE C57.110 indeholder metoder, der er relevante for vurdering af transformators kapacitet under ikke-sinusformede belastningsstrømbetingelser inden for dens definerede anvendelsesområde.

Anbefalede ingeniørmæssige trin omfatter:

1. Indhent harmoniske strømdata fra PV-inverteren og BESS-PCS'en.

2. Vurder de forventede driftsforhold både i opladnings- og afladningsmodus.

3. Beregn yderligere viklings- og spredningstab, hvor det er relevant.

4. Verificer temperaturstigningen i viklingerne og isoleringsbelastningen.

5. Afgør, om der kræves en særlig viklingskonstruktion, ekstra køling eller nedgradering.

Denne applikationsspecifikke fremgangsmåde hjælper med at undgå unødigt overdimensioneret transformatorudstyr, samtidig med at den sikrer langvarig ydeevne.

3.3 Reduktion af harmoniskrelateret termisk spænding

Afhængigt af inverterens egenskaber og projektkravene kan transformatoringeniørmæssige muligheder omfatte:

• Optimeret design af viklingsledere.

• Passende ledertransposition eller viklingsanordning.

• Yderligere termisk margin.

• Forbedret kølingsevne.

• Tabsevaluering under specific harmonisk belastning.

• Koordineret filtrering på inverterniveau eller systemniveau.

Harmonisk filtrering er generelt en ingeniørmæssig beslutning på systemniveau, som involverer PCS-leverandøren, EPC-entreprisøren og nettilslutningsdesigneren.

Udelukkende transformatorudformning kan ikke løse alle harmoniske problemer i et hybridkraftværk.

4. Spændningsregulering og valg af tap-changer til tovejs effektflyd

4.1 Spændningsstigning og spændningsfald i hybride systemer

Transformatoranslutningsspændingen afhænger af retningen og størrelsen af aktiv og reaktiv effekt, transformatorimpedansen samt karakteristika for det tilsluttede net.

Under PV-generering eller BESS-udladning kan eksport af effekt bidrage til spændningsstigning ved bestemte tilslutningspunkter.

Ved netopladning kan import af effekt bidrage til spændningsfald.

Dog den faktiske spændingsrespons afhænger også af reaktiv effektkontrol, systemimpedans, spændingsregulering i det øvre net og netdriftsforhold.

I hybride PV-BESS-installationer skal spændingsregulering derfor koordineres mellem inverteren, transformatoren og nettilslutningssystemet.

4.2 Afkoblede tap-changere versus belastede tap-changere

To almindelige tap-ændringsarrangementer anvendes i krafttransformatorer.

Afkoblet tap-changer (DETC)

En afkoblet tap-changer tillader justering af transformatorens omsætningsforhold kun, når transformatoren er sikkert afkoblet i overensstemmelse med fabrikantens instruktioner.

Fordele inkluderer:

• Relativt simpel konstruktion.

• Lavere startomkostning.

• Reduceret mekanisk kompleksitet.

• Egnethed i tilfælde, hvor driftsspændingsvariationer kan håndteres af andet udstyr.

Laststyrings-trintransformator (OLTC)

En OLTC gør det muligt at justere trinene, mens transformeren forbliver under spænding og belastet, under forudsætning af dens design og driftsbegrænsninger.

OLTC-systemer kan være passende, hvor netvoltageforhold kræver aktiv justering af transformatorforholdet.

En OLTC er dog ikke automatisk påkrævet udelukkende fordi BESS ofte oplades og aflades.

Moderne inverterbaserede ressourcer kan levere spændings- og reaktiv effektkontrol inden for deres kapacitet og netkodens krav.

Ofte trinstrømme kan også medføre yderligere vedligeholdelseskrav.

Teknisk anbefaling: Vurder inverterens Volt-VAR-funktioner, mediumspændingsnetregulering, nettilslutningskrav og den forventede frekvens af trinstrømme, før OLTC-udstyr specificeres.

5. Valg af den rigtige fotovoltaiske step-up-understationarkitektur

5.1 Integrerede PV-BESS step-up-understationer

Aden fotovoltaiske step-up-understation kombinerer den elektriske udstyr, der kræves for at tilslutte lavspændingsvedvarende energiudstyr til et mediumspændingsindsamlingsnet.

Afhængigt af dens udformning kan en integreret transformatorstation omfatte:

• Transformator til spændingsstigning.

• Mellemspændingsafbryderanlæg eller ringnetenhed (RMU).

• Lavspændingsindgangsafbryderanlæg.

• Beskyttelses- og styringsudstyr.

• Måleudstyr.

• Overspændingsbeskyttelse.

• Hjælpeelektriske systemer.

• Overvågnings- og kommunikationsgrænseflader.

En integreret løsning kan reducere antallet af separate, feltmonterede komponenter og forenkle udstyrets layout.

Mulige projektfordele omfatter reduceret arealforbrug på stedet, fabrikintegrerede forbindelser, forbedret udstyrskoordination og forenklet installationsplanlægning.

Alligevel afhænger den endelige installationsplanlægning af bygningsarbejde, godkendelse fra energiforsyningsselskaberne, tests på stedet samt det samlede byggeprogram.

5.2 Integreret transformatorstation versus modulært udstyrsopstilling

Valgsfaktor	Integreret transformatorstation til spændingsstigning	Modulær udstyrsopstilling
Udstyrsoplægning	Fabrikintegreret pakke	Adskilte transformer- og kontaktanlægsenheder
Arealforbrug på stedet	Potentielt kompakt	Afhangigt af udstyrsafstand
Fabriksintegration	Højere grad af formontering	Der kan være behov for mere samordning på stedet
Vedligeholdelsesadgang	Skal indgå i kabinettets design	Kan sikre større adskillelse mellem udstyr
Fremtidig udvidelse	Afhangigt af pakke-designet	Tilbyder ofte større fleksibilitet i layoutet
Typisk Anvendelse	Solceller/BESS-blokke og kompakte lokaliteter	Store eller komplekse transformatorstationer

For hybridværker i nettostørrelse skal udstyrsarkitekturen vælges ud fra vedligeholdelighed, udvidelseskrav, elektriske frihedsafstande, sikkerhed og samlet installeret omkostning.

5.3 Transformerdesign med dobbelt lavspændingsvikling

Nogle PV-BESS-anlæg bruger transformere med separate lavspændingsviklinger til solcelleomformeren og batteriets PCS.

Denne konfiguration kan give separate elektriske grænseflader til de to omformersystemer, mens der deles en fælles mellemspændingsforbindelse.

Mulige fordele inkluderer:

• Uafhængige lavspændingsforbindelsesarrangementer.

• Større fleksibilitet ved valg af viklingspænding.

• Reduceret behov for visse eksterne AC-kombineringsudstyr.

• Anvendelsesspecifik impedans- og jordningsudformning.

Separate viklinger giver dog ikke fuldstændig elektrisk isolation mellem de tilsluttede systemer under alle driftsforhold.

Fejlstrømme, viklingskobling, spændingstransienter og beskyttelseskoordination skal vurderes ved hjælp af transformatorens ækvivalente kredsløb med flere viklinger.

En dual-sekundær konstruktion bør derfor specificeres ud fra de krævede effektratinger, viklingspændinger, vektorguppe, impedanser og kortslutningsegenskaber.

6. Transformator Beskyttelse ved tovejs PV-BESS-drift

6.1 Retningsbestemt overstrømsbeskyttelse

Traditionel distributionsbeskyttelse kan bygge på antagelsen om, at fejlstrømmen primært strømmer fra forsyningsnettet mod de tilsluttede belastninger.

Hybride PV-BESS-systemer kan introducere forskellige fejlstrømsbidragsveje afhængigt af driftstilstand, inverterstyring og netkonfiguration.

Retningsbestemte overstrømsfunktioner såsom ANSI 67 og 67N kan være passende, hvor fejlretningen skal skelnes fra hinanden.

Andre beskyttelsesfunktioner kan omfatte:

ANSI-funktion	Beskyttelsesfunktion	Anvendelsesovervej
50/51	Øjeblikkelig/tidsbestemt overstrøm	Fasefejlbeskyttelse
50N/51N	Jordoverstrøm	Jordfejldetektering
67/67N	Retningsbestemt overstrømsbeskyttelse	Fejldiskriminering, hvor der findes flere kilder
87T	Transformerdifferential	Detektion af interne transformatorfejl
49	Termisk beskyttelse	Overvågning af termisk overbelastning
27/59	Undervoltage/overvoltage	Unormale spændingsforhold
81U/81O	Underfrekvens/overfrekvens	Netfrekvensforstyrrelser

Valg af beskyttelse afhænger af transformatorstørrelse, jordforbindelseskonfiguration, netkodens krav og anlæggets arkitektur.

Retningsbestemt beskyttelse bør ikke specificeres udelukkende fordi aktiv effekt kan vende retning; dens nødvendighed skal fastslås gennem en beskyttelseskoordineringsanalyse.

6.2 Overspændingsbeskyttelse og isolationskoordination

Solcelle- og BESS-installationer kan opleve lyninducerede overspændinger, skiftetransienter og spændingsforstyrrelser.

Transformatorers isoleringssystemer skal koordineres med den forventede elektriske miljø.

Vigtige parametre omfatter:

• Højeste spænding for udstyr.

• Lynimpulsudholdenhed.

• Effektfrekvens dielektrisk udholdenhed.

• Overspændingsaflederes karakteristika.

• Jordforbindelsesarrangementer.

• Kablets isolationskarakteristika.

• Betingelser for skiftetransienter.

Metaloxid-spændingsafledere kan integreres i henhold til systemets isolationskoordineringskrav.

Deres valg bør tage højde for jordforbindelsessystemet, den maksimale kontinuerlige driftsspænding, midlertidige overspændingsbetingelser og det forventede overspændingsmiljø.

6.3 Transformerovervågning og SCADA-integration

Store PV-BESS-anlæg indeholder ofte centraliserede overvågnings- og dataindsamlingssystemer (SCADA).

Afhængigt af transformatorens design og projektkravene kan overvågningen omfatte:

• Olieens temperatur ved tankens top.

• Vindingstemperaturindikation eller -estimering.

• Væskeniveau.

• Status for trykafledningsanordning.

• Beskyttelse mod gasophobning, hvor det er relevant.

• Kølesystemets tilstand.

• Alarm- og udløskontakter.

Buchholz-relæer er typisk forbundet med passende konservatortype væskeimmerserede transformere, snarere end med alle forseglede distributionstransformere.

Overvågningsdata kan tilsluttes SCADA-systemer på anlægsniveau eller energistyringssystemer via en passende styregrænseflade.

Sådan integration kan understøtte tilstandsmonitorering, vedligeholdelsesplanlægning og driftsmæssig gennemsigtighed.

7. IEEE- og IEC-standarder for PV-BESS-step-up-transformere

Internationale vedvarende-energiprojekter skal overholde relevante transformatorstandarder og lokale nettilslutningskrav.

Følgende standarder giver relevante tekniske referencer.

Standard	Omfang	Relevans for PV-BESS-projekter
IEEE C57.159	Vejledning om transformere i distribuerede fotovoltaiske generationsanlæg	Anvendelsesvejledning for PV-omformerttransformere
IEEE C57.12.00	Generelle krav til væskeimmerserede transformere	Transformerkonstruktion og -ydelse
IEEE C57.110	Transformerydelse ved ikke-sinusformede laststrømme	Vurdering af harmonisk tab og belastning
IEEE C57.91	Belastning af mineralolie-immerserede transformere	Termisk ydeevne og isoleringsaldring
IEC 60076-1	Generelle krav til krafttransformatorer	Mærkeværdier og generelle specifikationer
IEC 60076-2	Temperaturstigning for væskeimmerserede transformatorer	Termiske tests og grænseværdier
IEC 60076-5	Evne til at modstå kortslutning	Krav til kortslutningsbestandighed
IEC 60076-7	Belastningsvejledning for mineralolie-immerserede transformatorer	Belastningscyklusvurdering
IEC 60076-16	Transformatorer til vindmølleapplikationer	Primært relevant for vindmøllestep-up-transformatorer
IEEE 1547	Forbund mellem distribuerede energikilder	DERs krav til netgrænseflade inden for dens anvendelsesområde

IEC/IEEE 60076-16 er specifikt beregnet til anvendelse i transformere til vindmøller med spændingsstigning. Den bør ikke præsenteres som en dedikeret standard for PV-BESS-transformere.

Ligeledes giver IEEE C57.159 vejledning om anvendelse af transformere til distribueret solcelleproduktion, men erstatter ikke de almindelige standarder for transformerdesign, test og nettilslutning.

Ved hybride installationer skal ingeniører angive de relevante krav separat og bekræfte, om bestemte bestemmelser er relevante for den valgte transformerkonfiguration.

8. Valg af isolerende væsker til solcelle- og BESS-transformere

Valg af isolerende væske påvirker dielektrisk ydeevne, varmeoverførsel, brandsikring og miljøhensyn.

8.1 Transformere med mineralolie

Mineralolie forbliver et almindeligt isolerings- og kølingsmedium for væskeimmerserede transformere.

Dets fordele omfatter etablerede fremstillingsmetoder, bred tilgængelighed, dokumenteret driftserfaring og generelt konkurrencedygtige startomkostninger.

8.2 Naturlige esterisolationsvæsker

Naturlige estervæsker overvejes i stigende grad til installationer, hvor brandsikkerhed og miljømæssig ydeevne er vigtige.

I forhold til konventionel mineralisk isoleringsolie tilbyder egnet naturlig estervæske generelt:

• Højere brandspunkter.

• Gunstige biologiske nedbrydningskarakteristika.

• Forskellige egenskaber ved fugtstyring.

• Potentielle fordele i udvalgte brandfølsomme anvendelser.

Visse kommercielle naturlige estervæsker har brandspunkter over 300 °C.

Valgt væske skal dog være kompatibel med transformatorens isoleringssystem, tætninger, køleanordning og vedligeholdelsesprocedurer.

Valg af væske skal også tage hensyn til gældende brandbeskyttelsesregler, indeholdelseskrav og projektspecifikke miljøkrav.

Hverken naturlig estervæske eller mineralolie bør vælges udelukkende på baggrund af én enkelt ydeevnegennemgang.

9. Praktisk transformatorstørrelse for et hybride PV-BESS-projekt

Overvej en illustrativ hybriddrift med følgende designparametre:

• PV-inverterkapacitet: 3 MW.

• BESS PCS-udladningskapacitet: 2 MW.

• BESS PCS-opladningskapacitet: 2 MW.

• Mellemspændingsindsamlingsanlæg: 35 kV.

• Fælles AC-indsamlingstopologi.

Hvis styresystemet tillader, at PV og BESS eksporterer samtidigt ved deres maksimale aktive effektrater, kan den samlede effekt nå:

3 MW + 2 MW = 5 MW

Ved en antaget effektfaktor på 0,95 er den tilnærmelsesvise tilsyneladende effektbehov:

S = P / PF

S = 5.000 kW / 0,95 = 5.263 kVA

En indledende ingeniørvurdering kunne derfor overveje transformatorer med en større nominel effekt end denne beregnede tilsyneladende effekt, afhængigt af den krævede driftsbelastning, køleforhold og gældende standarder.

Den faktiske udvælgelse skal dog undersøge yderligere faktorer.

For eksempel kan kravet til transformatorbelastning være anderledes, hvis anlæggets controller begrænser den samlede eksport til 4 MW.

Tilsvarende kan batteriladning skabe yderligere strømstrømscenarier, afhængigt af om energien leveres fra solcellegenerering, elnettet eller begge dele.

Den endelige transformatornominelle effekt skal fastlægges ud fra en komplet driftsmatrix, som inkluderer:

1. Maksimal samtidig PV- og BESS-eksport.

2. Maksimalt tilladt nettilslutning.

3. Driftsgrænser for reaktiv effekt.

4. Harmonisk belastning.

5. Transformatorers hjælpebelastninger.

6. Omgivelsestemperatur.

7. Fremtidig kapacitetsudvidelse.

8. Tilladte overlastforhold.

Ved transformatorer med flere viklinger skal hver vikling også vurderes i forhold til dens individuelle mærkeeffekt og strømgrænser.

Nøgleprincippet er at dimensionere transformatorerne ud fra de maksimale troværdige elektriske og termiske driftsforhold, ikke blot summen af udstyrets mærkeeffekter.

10. Jiangsu Dingxin Electric's skræddersyede PV-BESS-transformatorløsninger til spændingsopstigning

Jiangsu Dingxin Electric er en producent af distributionstransformatorer, krafttransformatorer og færdigmonterede understationer, der betjener internationale elinfrastrukturmarkeder.

Med mere end 30 års erfaring inden for transformatorbranchen leverer Dingxin fremstilling og applikationsorienteret ingeniørstøtte til projekter inden for vedvarende energi, industrielle distributionsnet og el-forsyningsprojekter.

10.1 Skræddersyede transformatorer til solcelle- og batterilagerprojekter

PV- og BESS-anvendelser kræver ofte andre elektriske konfigurationer end almindelige kommercielle distributionsprojekter.

Dingxin samarbejder med kunderne om at gennemgå projektspecifikke krav, herunder:

• Transformatorer til mellem-spændingsanvendelse.

• Forbindelsesarrangementer for PV-invertere og BESS-PCS.

• Primære og sekundære spændingskombinationer.

• Én eller flere lavspændingsviklinger.

• Transformatorers vektorgropsbetegnelser.

• Impedanskrav.

• Valg af isolerende væske.

• Køleanordninger.

• Udendørs kabinettkonfigurationer.

• Beskyttelses- og overvågningsudstyr.

For projekter med 35 kV-kollektionsanlæg kan tilpassede, integrerede transformatorstationers design vurderes ud fra de krævede spændings-, kapacitets-, switchgear- og installationsforhold.

10.2 Ingeniørstøtte til tovejs effektflyd

Pålidelig integration af PV-BESS kræver samarbejde mellem transformatorudformning og systemniveauets elektriske ingeniørarbejde.

Under gennemgangen af tekniske specifikationer omfatter vigtige overvejelser:

Termisk vurdering: Vurder belastningscyklusser, omgivende temperaturer og vindingstemperaturstigning.

Harmonisk vurdering: Gennemgå inverterens og PCS’ens harmoniske data for at afgøre, om der er behov for yderligere tabsskøn eller konstruktionsforanstaltninger.

Elektrisk konfiguration: Tilpas vindingsspænding, impedans, vektorgruppe og jordforbindelsesarrangementer til det hybride kraftsystem.

Beskyttelseskompatibilitet: Koordinér transformatorbeskyttelseskravene med systemets relæbeskyttelse og afbryderarrangementer.

Prøvning og dokumentation: Fastlæg de gældende IEEE/IEC-krav, fabriksacceptkriterierne og den tekniske dokumentation inden fremstillingen påbegyndes.

Dingxin kan støtte samtaler om tilpassede transformatorspecifikationer for solcelle-EPC-entreprenører, vedvarende-energiproducenter og BESS-integrationspartnere.

Faktiske produktdata, overholdelsesstatus, prøvningsomfang og tilgængelige konfigurationer skal bekræftes ud fra projekt-specifik teknisk dokumentation.

11. Ofte stillede spørgsmål om PV-BESS step-up-transformatorer

Hvad er en transformator med tovejs effektflyd?

En transformator med tovejs effektflyd er en transformator, der anvendes i et elektrisk system, hvor aktiv effekt kan flyde i begge retninger.

Konventionelle vekselstrømstransformatorer kan generelt overføre effekt i begge retninger, men hybride vedvarende-energianvendelser kræver måske yderligere vurdering af belastningscyklusser, harmoniske svingninger, spændingsregulering og beskyttelse.

Hvordan adskiller en BESS-step-up-transformator sig fra en konventionel soltransformator?

En BESS-step-up-transformator kan fungere under opladning, afladning, standby og reaktiv-effektsupport.

I forhold til en konventionel solenergigenereringsanvendelse kan dens driftsprofil omfatte forskellige belastningscyklusser og krav til strømkvalitet.

Transformatorudformningen skal tilpasses de faktiske PCS-egenskaber og systemdriftsbetingelserne.

Kan én transformator tilslutte både PV-invertere og BESS-PCS-udstyr?

Ja. En fælles transformatoranordning kan være mulig, hvis den elektriske arkitektur, viklingsklasser, spændingsniveauer, beskyttelseskoordination og termiske kapacitet er korrekt dimensioneret.

Mulighederne omfatter en fælles lavspændingsbus eller en transformator med flere viklinger.

Medfører tovejs effektflyd transformatorsaturation?

Ikke af sig selv.

Kernestation er forbundet med magnetiske driftsforhold såsom for højt spændings-til-frekvens-forhold, jævnstrømsforskydning eller bestemte transiente forhold.

Retningen af normal vekselstrømsaktiv effektflyd alene medfører ikke i sig selv transformorkernestation.

Er K-faktor-transformatorer obligatoriske for BESS-installationer?

Nej. Harmonisk belastning skal vurderes ud fra den faktiske PCS-strømspektrum og den gældende transformatorudformningsmetode.

En specifik K-faktorbetegnelse bør ikke antages at være obligatorisk for hver enkelt væskeimmureret BESS-transformator.

Kræves en OLTC for en PV-BESS-trin-op-understation?

Ikke nødvendigvis.

OLTC-krav afhænger af netspændingsforhold, inverterens reaktive effektkapacitet, netreguleringsstrategi og projektspecifikationer.

Mange installationer bruger tap-anordninger uden strøm i kombination med passende inverter- og netniveau-spændingsregulering.

Hvilke standarder gælder for PV-BESS-transformere?

Relevante referencer kan omfatte IEEE C57.159, IEEE C57.12.00, IEEE C57.110, IEC 60076-1, IEC 60076-2, IEC 60076-5 samt relevante belastningsvejledninger.

Krav til nettilslutning skal overvejes særskilt.

Hvordan kan en transformatorproducent støtte hybride PV-BESS-projekter?

En producent kan støtte projekt-specifik udvælgelse af transformator, viklingskonfiguration, tabsevaluering, isolationsdesign, vurdering af termisk ydeevne, udvælgelse af tilbehør samt dokumentation af fabrikstests.

Den endelige udstyrspecifikation skal koordineres mellem EPC-entreprisen, PCS-leverandøren, netingeniøren og transformatorproducenten.

12. Konklusion: Teknisk pålidelig PV-BESS-strømforsyningsinfrastruktur

Når solenergi og batterilagring af elektrisk energi bliver mere og mere integreret, udvikler valget af transformatorer sig ud over almindelig mærkeeffekt og spændingsmatchning.

Pålidelig den fotovoltaiske step-up-understation skal understøtte driftsegenskaberne for hybride vedvarende energisystemer, samtidig med at der opretholdes passende termisk, dielektrisk og elektrisk ydeevne.

Vigtige ingeniørmæssige overvejelser omfatter:

• Tovejs aktiv og reaktiv effektflyd.

• Variable opladnings- og afladningsprofiler.

• Harmoniske strømme.

• Transformatorers termiske belastning og isoleringsaldring.

• Spændingsregulering og valg af trintransformator.

• Fejlstrøm fra flere kilder samt koordination af beskyttelsessystemer.

• Anvendelige IEEE/IEC-standarder.

• Krav til langtidspålidelighed og vedligeholdelse.

For store vedvarende-energiprojekter kan tidlig koordination mellem transformatorproducenter, EPC-entreprisører, PCS-leverandører og forsyningsvirksomhedens ingeniører reducere integrationsrisici og forbedre udstyrets kompatibilitet.

Anmod om en tilpasset PV-BESS-step-up-transformator

Designer du et hybrid-sol-plus-lagring-projekt eller opgraderer en eksisterende vedvarende-energi-understation?

Jiangsu Dingxin Electric leverer tilpassede transformator- og integrerede understationsløsninger til fotovoltaisk energiproduktion, batterienergilagring og mellemspændingsstrømforsyning.

Vores team kan gennemgå dine elektriske krav, herunder transformatorkapacitet, systemspænding, viklingskonfiguration, beskyttelsestilbehør og anvendelige ingeniørstandarder.

Kontakt Dingxin Electric for at anmode om en projektspecifik gennemgang af transformatorspecifikationer eller en teknisk RFQ.

Hjemmeside: https://www.dishinelectric.com/