Σχεδιασμός αυξητικών μετασχηματιστών για φωτοβολταϊκά (PV) και συστήματα αποθήκευσης ενέργειας με μπαταρίες: Διαχείριση δικατευθυντικής ροής ισχύος, θερμικής καταπόνησης και προστασίας

Η αυξανόμενη ενσωμάτωση φωτοβολταϊκής (Φ/Β) παραγωγής και συστημάτων αποθήκευσης ενέργειας με μπαταρίες (BESS) μεταμορφώνει τον τρόπο με τον οποίο οι εγκαταστάσεις ανανεώσιμης ενέργειας συνδέονται με τα ηλεκτρικά δίκτυα διανομής.

Σε αντίθεση με τις συμβατικές ηλιακές εγκαταστάσεις, οι οποίες εξάγουν κυρίως την παραγόμενη ηλεκτρική ενέργεια, οι υβριδικές εγκαταστάσεις Φ/Β-BESS μπορούν να λειτουργούν σε πολλαπλές λειτουργικές λειτουργίες: εξαγωγή ηλιακής ενέργειας, φόρτιση μπαταριών από το δίκτυο ή από ηλιακή παραγωγή, εκφόρτιση αποθηκευμένης ενέργειας και παροχή υπηρεσιών υποστήριξης του δικτύου.

Αυτές οι μεταβαλλόμενες συνθήκες λειτουργίας εισάγουν νέες μηχανικές απαιτήσεις για τον υποσταθμό ανύψωσης φωτοβολταϊκών και τους συνδεδεμένους με αυτόν μετασχηματιστές.

Ένα σωστά μηχανικά σχεδιασμένο μετασχηματιστής διττής ροής ισχύος πρέπει να ανταποκρίνεται σε διαφορετικά πρότυπα φόρτισης, να διατηρεί αποδεκτή θερμική απόδοση, να αντέχει τις καθορισμένες ηλεκτρικές διαταραχές και να λειτουργεί εντός ενός συντονισμένου συστήματος προστασίας.

Για εργολάβους ηλιακών EPC, ολοκληρωτές συστημάτων BESS, μηχανικούς ηλεκτρικής ενέργειας και σχεδιαστές βιομηχανικών συστημάτων ηλεκτρικής ενέργειας, η επιλογή μετασχηματιστή αποτελεί συνεπώς κρίσιμο στοιχείο για την αξιοπιστία του έργου και τη διαχείριση του κόστους κατά τη διάρκεια ζωής του.

Ο παρών οδηγός εξετάζει τις ηλεκτρικές, θερμικές και προστασίας προκλήσεις που συνδέονται με την ενσωμάτωση φωτοβολταϊκών (PV) και συστημάτων αποθήκευσης ενέργειας (BESS) και εξηγεί πώς να καθοριστεί ένας κατάλληλος μετασχηματιστής ανύψωσης τάσης για σύγχρονα υβριδικά έργα ανανεώσιμων πηγών ενέργειας.

1. Κατανόηση των υβριδικών συστημάτων ηλεκτρικής ενέργειας PV-BESS

1.1 Πώς η συνδυασμένη ηλιακή ενέργεια και αποθήκευση αλλάζει τη διανομή ηλεκτρικής ενέργειας

Σε μια συμβατική φωτοβολταϊκή εγκατάσταση συνδεδεμένη με το δίκτυο, οι φωτοβολταϊκοί μετατροπείς μετατρέπουν την ενέργεια συνεχούς ρεύματος (DC) από τα φωτοβολταϊκά πάνελ σε ενέργεια εναλλασσόμενου ρεύματος (AC).

Ένας μετασχηματιστής ανύψωσης τάσης αυξάνει την τάση εξόδου του μετατροπέα στο απαιτούμενο επίπεδο μεσαίας τάσης για διανομή, όπως 10 kV, 20 kV ή 35 kV.

Η ισχύς συνήθως ρέει από τον εξοπλισμό παραγωγής ηλιακής ενέργειας προς το δίκτυο συλλογής ή το δημόσιο ηλεκτρικό δίκτυο, αν και ορισμένα βοηθητικά φορτία και κάποιες συνθήκες λειτουργίας μπορεί να οδηγήσουν σε περιορισμένη αντίστροφη ροή.

Όταν εισάγεται αποθήκευση ενέργειας με μπαταρίες, η ηλεκτρική αρχιτεκτονική γίνεται πιο περίπλοκη.

Μια υβριδική εγκατάσταση Φ/Β (Φωτοβολταϊκά–Συστήματα Αποθήκευσης Ενέργειας με Μπαταρίες) μπορεί να λειτουργεί σε διάφορες λειτουργικές λειτουργίες:

Λειτουργία Λειτουργίας	Ροή Ενέργειας	Εξετάσεις για Μετασχηματιστή
Solar generation	Φ/Β μετατροπέας → Μετασχηματιστής → Δίκτυο	Συνεχής φόρτιση από την παραγωγή
Φόρτιση μπαταρίας από το δίκτυο	Δίκτυο → Μετασχηματιστής → Συσκευή Ελέγχου Συστήματος Αποθήκευσης Ενέργειας με Μπαταρίες (BESS PCS)	Αντίστροφη ροή ενεργού ισχύος
Εκφόρτιση μπαταρίας	Σύστημα ελέγχου BESS → Μετασχηματιστής → Δίκτυο	Φόρτιση εξαγωγής και θερμική απόδοση
Εξαγωγή φωτοβολταϊκών και BESS	Φ/Β + BESS → Μετασχηματιστής → Δίκτυο	Συνδυασμένη μέγιστη ισχύς εξόδου
Υποστήριξη δικτύου	Διαμεσολάβηση ενεργού/αντιδραστικής ισχύος προς δύο κατευθύνσεις	Ρύθμιση τάσης και συντονισμός προστασίας
Αναμονή	Ελάχιστη μεταφορά ενεργού ισχύος	Απώλειες χωρίς φορτίο και βοηθητική ζήτηση

Στα συστήματα με σύζευξη εναλλασσόμενου ρεύματος (AC), οι φωτοβολταϊκοί μετατροπείς και τα συστήματα μετατροπής ισχύος μπαταριών (PCS) μπορούν να συνδέονται σε ένα κοινό δίκτυο συλλογής εναλλασσόμενου ρεύματος.

Μπορεί να χρησιμοποιηθεί ένας αφιερωμένος μετασχηματιστής BESS, ένας κοινός ανυψωτικός μετασχηματιστής ή πολλαπλές διαμορφώσεις μετασχηματιστών, ανάλογα με την ισχύ του συστήματος και την ηλεκτρική αρχιτεκτονική.

1.2 Γιατί είναι σημαντική η διακατευθυντική ροή ισχύος

Ένας συμβατικός μετασχηματιστής είναι γενικά ικανός να μεταφέρει εναλλασσόμενο ρεύμα προς οποιαδήποτε κατεύθυνση, εφόσον τηρούνται τα όρια τάσης, ρεύματος, μόνωσης, θερμοκρασίας και προστασίας του.

Επομένως, η διακατευθυντική ροή ισχύος δεν απαιτεί από μόνη της μια εντελώς διαφορετική μαγνητική σχεδίαση μετασχηματιστή .

Η μηχανική πρόκληση προκύπτει από τις συνθήκες λειτουργίας που συνδέονται με υβριδικά συστήματα ηλιακής ενέργειας και αποθήκευσης.

Αυτά μπορεί να περιλαμβάνουν:

• Επαναλαμβανόμενες αλλαγές μεταξύ φόρτισης και εκφόρτισης.

• Μεταβλητό φορτίο καθ’ όλη τη διάρκεια της ημέρας.

• Αρμονικά ρεύματα που παράγονται από μετατροπείς.

• Ανταλλαγή άεργης ισχύος.

• Πιθανή εισροή συνεχούς ρεύματος.

• Διαφορετικές συνεισφορές ρεύματος βλάβης σε διάφορες λειτουργικές λειτουργίες.

• Μεταβολές τάσης σε όλο το δίκτυο συλλογής.

• Μακροχρόνιες περίοδοι λειτουργίας σε κατάσταση ετοιμότητας με ενέργεια.

Ένας μετασχηματιστής ανύψωσης φωτοβολταϊκού πρέπει να αξιολογηθεί με βάση αυτές τις πραγματικές συνθήκες λειτουργίας, και όχι μόνο με βάση την κατεύθυνση της ροής ισχύος.

2. Θερμική τάση και προκλήσεις φόρτισης σε Μετασχηματιστές ανύψωσης BESS

2.1 Θερμική κύκλωση κατά τη φόρτιση και την εκφόρτιση

Η θερμική απόδοση αποτελεί σημαντικό παράγοντα κατά την επιλογή ενός Μετασχηματιστή ανύψωσης BESS .

Η θερμοκρασία των τυλιγμάτων του μετασχηματιστή και του μονωτικού υγρού εξαρτάται κυρίως από τις ηλεκτρικές απώλειες, τις συνθήκες ψύξης, την περιβάλλουσα θερμοκρασία και την προηγούμενη ιστορία φόρτισης.

Ένα εργοστάσιο αποθήκευσης μπαταριών μπορεί να υφίσταται αρκετές περιόδους φόρτισης και εκφόρτισης εντός ενός ενιαίου ημερήσιου κύκλου.

Για παράδειγμα, ένα σύστημα μπαταριών μπορεί να φορτίζεται κατά τη διάρκεια υψηλής παραγωγής ηλιακής ενέργειας, να εκφορτίζεται κατά την αιχμή του βραδινού φορτίου και να παρέχει επιπλέον υπηρεσίες δικτύου κατά τις ενδιάμεσες περιόδους.

Παρόλο που η αντιστροφή της ροής ισχύος δεν προκαλεί από μόνη της επιπλέον θέρμανση στο ίδιο RMS ρεύμα, οι συχνές αλλαγές στο μέγεθος του ρεύματος μπορούν να προκαλέσουν επαναλαμβανόμενους κύκλους θέρμανσης και ψύξης.

Αυτοί οι κύκλοι μπορούν να επηρεάσουν:

• Τη θερμοκρασία του θερμού σημείου των τυλιγμάτων.

• Το ρυθμό γήρανσης της μόνωσης.

• Τη θερμική διαστολή και συστολή.

• Τη μηχανική φόρτιση των δομών στήριξης των τυλιγμάτων.

• Τη μακροπρόθεσμη κατάσταση του λαδιού και της μόνωσης.

Η προκύπτουσα μεταβολή της θερμοκρασίας εξαρτάται από τη διάρκεια φόρτισης και τις θερμικές χρονικές σταθερές του μετασχηματιστή.

Κατά συνέπεια, η διάσταση του μετασχηματιστή πρέπει να λαμβάνει υπόψη ολόκληρο το προφίλ λειτουργίας, και όχι μόνο την ονομαστική ισχύ του PCS.

2.2 Αξιολόγηση της θερμοκρασίας του θερμού σημείου του μετασχηματιστή

Η διάρκεια ζωής της μόνωσης του μετασχηματιστή επηρεάζεται σημαντικά από τη θερμοκρασία του θερμού σημείου των τυλιγμάτων.

Για μετασχηματιστές βυθισμένους σε λάδι, η προσεγγιστική θερμοκρασία του θερμού σημείου μπορεί να εκφραστεί ως:

θH = θA + ΔθTO + ΔθH

Όπου:

• θH: Τη θερμοκρασία του θερμού σημείου των τυλιγμάτων.

• θA: Ατμοσφαιρική θερμοκρασία.

• δθTO: Αύξηση της θερμοκρασίας του λαδιού στην κορυφή ως προς την περιβάλλουσα θερμοκρασία.

• δθH: Κλίση θερμοκρασίας του ζεστότερου σημείου του τυλίγματος πάνω από τη θερμοκρασία του λαδιού στο ανώτερο σημείο.

Η πραγματική αύξηση της θερμοκρασίας διαφέρει ανάλογα με το φορτίο, το σχέδιο ψύξης, τη γεωμετρία του μετασχηματιστή και το ιστορικό λειτουργίας.

Οι μηχανικοί θα πρέπει να αξιολογούν το φορτίο χρησιμοποιώντας τις σχετικές οδηγίες, όπως το IEEE C57.91 ή το IEC 60076-7, ανάλογα με τις προδιαγραφές του έργου.

Για εγκαταστάσεις BESS, ένα αντιπροσωπευτικό χρονοσειρά φορτίου μπορεί να βοηθήσει στον εντοπισμό θερμικών κινδύνων που ενδέχεται να μην εμφανίζονται σε μια απλή υπολογιστική εκτίμηση βασισμένη στην ονομαστική ισχύ.

2.3 Εισαγωγή Συνεχούς Ρεύματος και Κορεσμός της Καρδιάς

Οι μετατροπείς ηλεκτρονικών ισχύος μπορούν να εισάγουν μικρά συνεχή συστατικά στην εναλλασσόμενη έξοδό τους υπό ορισμένες συνθήκες.

Υπερβολική εισαγωγή συνεχούς ρεύματος μπορεί να δημιουργήσει μαγνητική προτίμηση στην καρδιά ενός μετασχηματιστή, με δυνητικά αποτελέσματα:

• Αύξηση του ρεύματος μαγνήτισης.

• Κορεσμός της καρδιάς.

• Επιπλέον απώλειες διαρροής.

• Τοπική θέρμανση.

• Αυξημένος ακουστικός θόρυβος.

• Ανώμαλη ταλάντωση.

Ωστόσο, οι καλά σχεδιασμένες αντιστροφείς σύνδεσης στο δίκτυο και οι συσκευές PCS περιλαμβάνουν λειτουργίες ελέγχου και προστασίας που στοχεύουν στον περιορισμό της εισόδου συνεχούς ρεύματος (DC injection).

Η μετατόπιση συνεχούς ρεύματος (DC offset) πρέπει να αξιολογείται ως απαίτηση ποιότητας ισχύος και συμβατότητας εξοπλισμού, όχι ως αναπόφευκτη συνέπεια της δικατευθυντικής λειτουργίας.

Οι κατασκευαστές μετασχηματιστών πρέπει να ζητούν από τους κατασκευαστές PCS τα καθορισμένα όρια εισόδου συνεχούς ρεύματος (DC injection limits) κατά την αξιολόγηση της συμβατότητας.

3. Παραμόρφωση αρμονικών και Μετασχηματιστής Απώλειες σε Υβριδικά Φ/Β-Συστήματα Αποθήκευσης Ενέργειας (PV-BESS)

3.1 Γιατί έχουν σημασία οι μετατροπείς ηλεκτρονικής ισχύος

Οι φωτοβολταϊκοί μετατροπείς και οι συσκευές PCS μπαταριών χρησιμοποιούν ημιαγωγούς διακοπής και αλγόριθμους ελέγχου για τη μετατροπή ηλεκτρικής ενέργειας.

Αυτές οι διαδικασίες μετατροπής μπορεί να εισάγουν αρμονικά συστατικά ρεύματος.

Ανάλογα με την τοπολογία του μετατροπέα, τη συχνότητα διακοπής, τη στρατηγική ελέγχου και τη φιλτράριση, τα σχετικά αρμονικά συστατικά μπορεί να περιλαμβάνουν τα 5ο, 7ο, 11ο και 13ο αρμονικά, καθώς και συστατικά υψηλότερης συχνότητας.

Το πραγματικό φάσμα αρμονικών πρέπει να ληφθεί από τον κατασκευαστή της συσκευής ή από μια κατάλληλη μελέτη ποιότητας ισχύος.

Τα αρμονικά ρεύματα μπορούν να αυξήσουν:

• Τις απώλειες επαγώμενου ρεύματος στα τυλίγματα.

• Τις απώλειες διαφυγής σε δομικά στοιχεία.

• Την επιπλέον θέρμανση των αγωγών.

• Το συνολικό θερμικό φορτίο του μετασχηματιστή.

• Τη δυνητική ηλεκτρική τάση σχετιζόμενη με συντονισμό στο ευρύτερο σύστημα.

Επειδή οι απώλειες επαγόμενων ρευμάτων που σχετίζονται με αρμονικές είναι εξαρτημένες από τη συχνότητα, η αξιολόγηση μόνο του ενεργού ρεύματος της θεμελιώδους συχνότητας μπορεί να υποτιμήσει ορισμένες συνεισφορές στις απώλειες.

3.2 Χρειάζονται οι μετασχηματιστές BESS βαθμονόμηση K-παράγοντα;

Ο K-παράγοντας χρησιμοποιείται συνήθως για να περιγράψει την ικανότητα ενός μετασχηματιστή να αντέχει καθορισμένα χαρακτηριστικά μη γραμμικών φορτίων, ιδιαίτερα σε ορισμένες εφαρμογές ξηρών μετασχηματιστών.

Ωστόσο, η επιλογή μιας αυθαίρετης βαθμονόμησης K-4, K-9 ή K-13 δεν αποτελεί καθολική απαίτηση για υγρούς μετασχηματιστές ανύψωσης τάσης για ηλιακή ενέργεια και αποθήκευση ενέργειας.

Για μεσαίας τάσης υγρούς μετασχηματιστές, μια πιο κατάλληλη μηχανική προσέγγιση είναι η αξιολόγηση του αναμενόμενου φάσματος αρμονικών και των προκύπτουσων επιπλέον απωλειών.

Το πρότυπο IEEE C57.110 παρέχει μεθόδους που σχετίζονται με την αξιολόγηση της ικανότητας μετασχηματιστών υπό συνθήκες μη ημιτονοειδούς ρεύματος φορτίου, εντός του ορισμένου πεδίου εφαρμογής του.

Οι συνιστώμενες μηχανικές ενέργειες περιλαμβάνουν:

1. Να ληφθούν τα δεδομένα ρεύματος αρμονικών των αντιστροφέων PV και των PCS BESS.

2. Αξιολογήστε τις αναμενόμενες συνθήκες λειτουργίας και στις δύο λειτουργικές λειτουργίες, φόρτισης και εκφόρτισης.

3. Υπολογίστε τις επιπλέον απώλειες τυλίγματος και απωλειών διαρροής, όπου ισχύει.

4. Επαληθεύστε την αύξηση της θερμοκρασίας των τυλιγμάτων και το φορτίο μόνωσης.

5. Καθορίστε εάν είναι απαραίτητη ειδική κατασκευή τυλίγματος, πρόσθετη ψύξη ή μείωση της ονομαστικής ισχύος.

Η προσέγγιση αυτή, που είναι εξειδικευμένη για κάθε εφαρμογή, βοηθά να αποφευχθεί η περιττή υπερδιάσταση του μετασχηματιστή, ενώ προστατεύει τη μακροπρόθεσμη απόδοση.

3.3 Μείωση της θερμικής τάσης που σχετίζεται με αρμονικές συνιστώσες

Ανάλογα με τα χαρακτηριστικά του αντιστροφέα και τις απαιτήσεις του έργου, οι επιλογές μηχανικού σχεδιασμού του μετασχηματιστή μπορεί να περιλαμβάνουν:

• Βελτιστοποιημένο σχεδιασμό αγωγού τυλίγματος.

• Κατάλληλη εναλλαγή αγωγών ή διάταξη τυλίγματος.

• Πρόσθετο θερμικό περιθώριο.

• Βελτιωμένη ικανότητα ψύξης.

• Αξιολόγηση απωλειών υπό καθορισμένο αρμονικό φορτίο.

• Συντονισμένη φιλτράρισμα στο επίπεδο αντιστροφέα ή του συστήματος.

Η αρμονική φιλτράρισμα είναι γενικά μια μηχανική απόφαση σε επίπεδο συστήματος, η οποία περιλαμβάνει τον προμηθευτή PCS, τον εργολάβο EPC και τον σχεδιαστή διασύνδεσης με το δίκτυο.

Η σχεδίαση του μετασχηματιστή μόνη της δεν μπορεί να επιλύσει κάθε αρμονικό πρόβλημα σε ένα υβριδικό εργοστάσιο παραγωγής ενέργειας.

4. Ρύθμιση τάσης και επιλογή μετασχηματιστή με ρυθμιζόμενη τάση για διπλεύρια ροή ισχύος

4.1 Αύξηση και μείωση τάσης σε υβριδικά συστήματα

Η τάση στους ακροδέκτες του μετασχηματιστή εξαρτάται από την κατεύθυνση και το μέγεθος της ενεργού και αντιδραστικής ισχύος, την αντίσταση του μετασχηματιστή και τα χαρακτηριστικά του συνδεδεμένου δικτύου.

Κατά την παραγωγή φωτοβολταϊκού ρεύματος ή την αποφόρτιση της μπαταρίας (BESS), η εξαγωγή ισχύος μπορεί να συμβάλλει σε αύξηση της τάσης σε ορισμένα σημεία σύνδεσης.

Κατά τη φόρτιση από το δίκτυο, η εισαγόμενη ισχύς μπορεί να συμβάλλει σε μείωση της τάσης.

Ωστόσο, η πραγματική απόκριση τάσης εξαρτάται επίσης από τον έλεγχο της άεργης ισχύος, την εμπέδηση του συστήματος, τη ρύθμιση της τάσης στο ανώτερο τμήμα του δικτύου και τις συνθήκες λειτουργίας του δικτύου.

Σε υβριδικές εγκαταστάσεις Φ/Β-ΣΑΕ, η ρύθμιση τάσης πρέπει συνεπώς να συντονίζεται μεταξύ του μετατροπέα, του μετασχηματιστή και του συστήματος σύνδεσης με το δίκτυο.

4.2 Διακόπτες ρύθμισης συντελεστή μετασχηματισμού χωρίς φόρτιση έναντι διακοπτών ρύθμισης συντελεστή μετασχηματισμού υπό φόρτιση

Χρησιμοποιούνται δύο κοινές διατάξεις ρύθμισης συντελεστή μετασχηματισμού σε μετασχηματιστές ισχύος.

Διακόπτης ρύθμισης συντελεστή μετασχηματισμού χωρίς φόρτιση (DETC)

Ένας διακόπτης ρύθμισης συντελεστή μετασχηματισμού χωρίς φόρτιση επιτρέπει τη ρύθμιση του λόγου στροφών του μετασχηματιστή μόνο όταν ο μετασχηματιστής είναι ασφαλώς αποσυνδεδεμένος από την τροφοδοσία, σύμφωνα με τις οδηγίες του κατασκευαστή.

Προβλέψεις περιλαμβάνουν:

• Σχετικά απλή κατασκευή.

• Χαμηλότερο αρχικό κόστος.

• Μειωμένη μηχανική πολυπλοκότητα.

• Καταλληλότητα σε περιπτώσεις όπου οι μεταβολές της λειτουργικής τάσης μπορούν να διαχειριστούν από άλλο εξοπλισμό.

Μετασχηματιστή Ρύθμισης Τάσης Υπό Φόρτιση (OLTC)

Ένας μετασχηματιστής με ρυθμιζόμενη ανάλογα προς το φορτίο (OLTC) επιτρέπει ρυθμίσεις στις αντίστοιχες θέσεις (taps) ενώ ο μετασχηματιστής παραμένει συνδεδεμένος στο δίκτυο και μεταφέρει φορτίο, σύμφωνα με τον σχεδιασμό και τους λειτουργικούς περιορισμούς του.

Τα συστήματα OLTC μπορεί να είναι κατάλληλα όταν οι συνθήκες τάσης του δικτύου απαιτούν ενεργό ρύθμιση του λόγου μετασχηματισμού.

Ωστόσο, ένας OLTC δεν απαιτείται αυτόματα απλώς επειδή η μπαταρία (BESS) φορτίζεται και εκφορτίζεται συχνά.

Οι σύγχρονοι μετατροπείς βασισμένοι σε ημιαγωγούς μπορούν να παρέχουν έλεγχο τάσης και άεργης ισχύος εντός των δυνατοτήτων τους και των απαιτήσεων του κώδικα λειτουργίας του δικτύου.

Οι συχνές ενεργοποιήσεις των αντίστοιχων θέσεων (tap operations) μπορεί επίσης να εισάγουν επιπλέον απαιτήσεις συντήρησης.

Μηχανική Σύσταση: Αξιολογήστε τις δυνατότητες Volt-VAR των μετατροπέων, τη ρύθμιση του δικτύου μέσης τάσης, τις απαιτήσεις διασύνδεσης με το δίκτυο και την αναμενόμενη συχνότητα ενεργοποίησης των αντίστοιχων θέσεων (tap operation frequency), προτού καθορίσετε τον εξοπλισμό OLTC.

5. Επιλογή της κατάλληλης αρχιτεκτονικής υποσταθμού ανύψωσης φωτοβολταϊκού (PV) συστήματος

5.1 Ολοκληρωμένοι υποσταθμοί ανύψωσης PV-BESS

Aυποσταθμό ανύψωσης φωτοβολταϊκών συνδυάζουν τον ηλεκτρικό εξοπλισμό που απαιτείται για τη σύνδεση εξοπλισμού ανανεώσιμων πηγών ενέργειας χαμηλής τάσης σε ένα δίκτυο συλλογής μέσης τάσης.

Ανάλογα με το σχεδιασμό του, ένα ενσωματωμένο υποσταθμός μπορεί να περιλαμβάνει:

• Μετασχηματιστή διανομής αύξησης τάσης.

• Μέσης τάσης πίνακα διακοπτών ή μονάδα δακτυλίου (RMU).

• Πίνακα διακοπτών εισόδου χαμηλής τάσης.

• Συσκευές προστασίας και ελέγχου.

• Μετρητικός εξοπλισμός.

• Προστασία από υπερτάσεις.

• Βοηθητικά ηλεκτρικά συστήματα.

• Διεπαφές παρακολούθησης και επικοινωνίας.

Μια ενσωματωμένη λύση μπορεί να μειώσει τον αριθμό των ξεχωριστών συστατικών που εγκαθίστανται επιτόπου και να απλοποιήσει τη διάταξη του εξοπλισμού.

Πιθανά οφέλη του έργου περιλαμβάνουν μειωμένη έκταση εγκατάστασης, συνδέσεις ενσωματωμένες στο εργοστάσιο, βελτιωμένη συνεργασία του εξοπλισμού και απλοποιημένο σχεδιασμό εγκατάστασης.

Ωστόσο, το τελικό χρονοδιάγραμμα εγκατάστασης εξαρτάται από τα πολιτικά έργα, την έγκριση των κοινής ωφέλειας υπηρεσιών, τον έλεγχο του χώρου και το συνολικό πρόγραμμα κατασκευής.

5.2 Ολοκληρωμένος Υποσταθμός έναντι Μονταρισμένης Διάταξης Εξοπλισμού

Παράγοντας Επιλογής	Ολοκληρωμένος Ανυψωτικός Υποσταθμός	Μονταρισμένη Διάταξη Εξοπλισμού
Διάταξη του εξοπλισμού	Εργοστασιακά ολοκληρωμένο πακέτο	Χωριστές μονάδες μετασχηματιστή και διακοπτικού εξοπλισμού
Επιφάνεια χώρου εγκατάστασης	Δυνητικά συμπαγής	Εξαρτάται από την απόσταση μεταξύ των μονάδων εξοπλισμού
Ολοκλήρωση στο εργοστάσιο	Υψηλότερος βαθμός προ-συναρμολόγησης	Μπορεί να απαιτηθεί περισσότερος συντονισμός επιτόπου
Πρόσβαση συντήρησης	Πρέπει να ενσωματωθεί στο σχέδιο του περιβλήματος	Μπορεί να παρέχει μεγαλύτερο διαχωρισμό των εξοπλισμών
Μελλοντική επέκταση	Εξαρτάται από το σχέδιο της διάταξης	Συχνά προσφέρει μεγαλύτερη ευελιξία διάταξης
Τυπική εφαρμογή	Μπλοκ ηλιακής ενέργειας/BEΣΣ και συμπαγείς τοποθεσίες	Μεγάλες ή πολύπλοκες υποσταθμοί

Για υβριδικά εργοστάσια κλίμακας χρήστη, η αρχιτεκτονική του εξοπλισμού πρέπει να επιλέγεται βάσει της δυνατότητας συντήρησης, των απαιτήσεων επέκτασης, των ηλεκτρικών αποστάσεων ασφαλείας, της ασφάλειας και του συνολικού κόστους εγκατάστασης.

5.3 Σχεδιασμός μετασχηματιστή με διπλή χαμηλής τάσης περιέλιξη

Ορισμένα εργοστάσια PV-BESS χρησιμοποιούν μετασχηματιστές με ξεχωριστές περιελίξεις χαμηλής τάσης για τον ηλιακό αντιστροφέα και τον PCS μπαταρίας.

Αυτή η διάταξη μπορεί να παρέχει ξεχωριστές ηλεκτρικές διεπαφές για τα δύο συστήματα μετατροπής, ενώ μοιράζονται μια κοινή σύνδεση μεσαίας τάσης.

Πιθανά πλεονεκτήματα περιλαμβάνουν:

• Ανεξάρτητες διατάξεις σύνδεσης χαμηλής τάσης.

• Μεγαλύτερη ευελιξία στην επιλογή τάσης τύλιγματος.

• Μειωμένη ανάγκη για ορισμένο εξωτερικό εξοπλισμό συνδυασμού εναλλασσόμενου ρεύματος.

• Σχεδιασμός αντίστασης και γείωσης ειδικός για την εφαρμογή.

Ωστόσο, τα ξεχωριστά τυλίγματα δεν παρέχουν πλήρη ηλεκτρική απομόνωση μεταξύ των συνδεδεμένων συστημάτων σε κάθε λειτουργική συνθήκη.

Οι ρεύματα βραχυκυκλώματος, η σύζευξη των τυλιγμάτων, οι μεταβατικές τάσεις και η συντονισμένη προστασία πρέπει να αξιολογηθούν χρησιμοποιώντας το ισοδύναμο κύκλωμα πολυτύλιγματος μετασχηματιστή.

Ένας σχεδιασμός με δύο δευτερεύοντα τυλίγματα θα πρέπει συνεπώς να καθοριστεί βάσει των απαιτούμενων ισχύων, τάσεων τυλιγμάτων, ομάδας διανυσμάτων, αντιστάσεων και χαρακτηριστικών βραχυκυκλώματος.

6. Μετασχηματιστής Προστασία για διαμορφωτική λειτουργία PV-BESS

6.1 Κατευθυνόμενη προστασία από υπερένταση

Η παραδοσιακή προστασία διανομής μπορεί να βασίζεται στην υπόθεση ότι το ρεύμα βραχυκυκλώματος ρέει κυρίως από την παροχή της εταιρείας ηλεκτρικής ενέργειας προς τα συνδεδεμένα φορτία.

Τα υβριδικά συστήματα Φ/Β-ΣΑΕΜ μπορούν να εισάγουν διαφορετικές διαδρομές συμβολής ρεύματος βραχυκυκλώματος, ανάλογα με τη λειτουργική λειτουργία, τον έλεγχο των αντιστροφέων και τη διαμόρφωση του δικτύου.

Οι κατευθυντικές λειτουργίες υπερρεύματος, όπως οι ANSI 67 και 67N, μπορεί να είναι κατάλληλες όταν πρέπει να διακρίνεται η κατεύθυνση του βραχυκυκλώματος.

Άλλες λειτουργίες προστασίας μπορεί να περιλαμβάνουν:

Λειτουργία ANSI	Λειτουργία προστασίας	Σκέψη για Εφαρμογή
50/51	Στιγμιαίο/χρονικό υπερρεύμα	Προστασία κατά βραχυκυκλώματος φάσης
50N/51N	Υπερρεύμα γείωσης	Ανίχνευση διαρροής προς τη γη
67/67N	Κατευθυνόμενη υπερένταση	Διάκριση βλαβών όταν υπάρχουν πολλές πηγές
87T	Διαφορική προστασία μετασχηματιστή	Ανίχνευση εσωτερικών βλαβών μετασχηματιστή
49	Θερμική προστασία	Παρακολούθηση θερμικής υπερφόρτωσης
27/59	Υποτάση/Υπερτάση	Μη φυσιολογικές συνθήκες τάσης
81U/81O	Υποσυχνότητα/Υπερσυχνότητα	Διαταραχές συχνότητας δικτύου

Η επιλογή προστασίας εξαρτάται από το μέγεθος του μετασχηματιστή, τη διαμόρφωση γείωσης, τις απαιτήσεις του κώδικα δικτύου και την αρχιτεκτονική του εργοστασίου.

Η κατευθυντική προστασία δεν πρέπει να καθορίζεται αποκλειστικά επειδή η ενεργός ισχύς μπορεί να αντιστραφεί· η αναγκαιότητά της πρέπει να επιβεβαιωθεί μέσω μελέτης συντονισμού προστασίας.

6.2 Προστασία από υπερτάσεις και συντονισμός μόνωσης

Οι εγκαταστάσεις φωτοβολταϊκών και συστημάτων αποθήκευσης ενέργειας (BESS) μπορεί να υποστούν υπερτάσεις που προκαλούνται από κεραυνούς, μεταβατικά φαινόμενα λόγω ενεργοποίησης/απενεργοποίησης και διαταραχές τάσης.

Τα συστήματα μόνωσης των μετασχηματιστών πρέπει να είναι συντονισμένα με το αναμενόμενο ηλεκτρικό περιβάλλον.

Σημαντικές παράμετροι περιλαμβάνουν:

• Υψηλότερη τάση για τον εξοπλισμό.

• Επίπεδο ανοχής σε κεραυνικές υπερτάσεις.

• Διηλεκτρική ανοχή σε συχνότητα δικτύου.

• Ονομαστικά χαρακτηριστικά αντικεραυνικών διατάξεων.

• Διατάξεις γείωσης.

• Χαρακτηριστικά μόνωσης καλωδίων.

• Προσωρινές καταστάσεις εναλλαγής.

Οι αντικεραυνικοί προστασίας με οξείδιο μετάλλου μπορούν να ενσωματωθούν σύμφωνα με τις απαιτήσεις συντονισμού μόνωσης του συστήματος.

Η επιλογή τους πρέπει να λαμβάνει υπόψη το σύστημα γείωσης, τη μέγιστη συνεχή τάση λειτουργίας, τις προσωρινές συνθήκες υπερτάσεων και το αναμενόμενο περιβάλλον κεραυνικών παλμών.

6.3 Παρακολούθηση μετασχηματιστή και ενσωμάτωση με SCADA

Οι μεγάλες φωτοβολταϊκές εγκαταστάσεις με συστήματα αποθήκευσης ενέργειας (PV-BESS) συχνά ενσωματώνουν κεντρικά συστήματα εποπτικού ελέγχου και απόκτησης δεδομένων (SCADA).

Ανάλογα με τον σχεδιασμό του μετασχηματιστή και τις απαιτήσεις του έργου, η παρακολούθηση μπορεί να περιλαμβάνει:

• Θερμοκρασία λαδιού στο ανώτερο σημείο.

• Ένδειξη ή εκτίμηση θερμοκρασίας τυλίγματος.

• Επίπεδο υγρού.

• Κατάσταση της συσκευής απελευθέρωσης πίεσης.

• Προστασία από συσσώρευση αερίου, όπου ισχύει.

• Κατάσταση του συστήματος ψύξεως.

• Επαφές συναγερμού και διακοπής.

Οι διακόπτες Buchholz συνδέονται συνήθως με μετασχηματιστές εμβυθισμένους σε υγρό τύπου συντηρητή, και όχι με κάθε ερμητικά σφραγισμένο μετασχηματιστή διανομής.

Τα δεδομένα παρακολούθησης μπορούν να συνδεθούν με συστήματα SCADA ή διαχείρισης ενέργειας επιπέδου εγκατάστασης μέσω κατάλληλης διεπαφής ελέγχου.

Μια τέτοια ενσωμάτωση μπορεί να υποστηρίξει την παρακολούθηση κατάστασης, το σχεδιασμό συντήρησης και τη λειτουργική εποπτεία.

7. Πρότυπα IEEE και IEC για Μετασχηματιστές αύξησης τάσης PV-BESS

Διεθνή έργα ανανεώσιμης ενέργειας πρέπει να πληρούν τα εφαρμόσιμα πρότυπα μετασχηματιστών και τις τοπικές απαιτήσεις σύνδεσης στο δίκτυο.

Τα ακόλουθα πρότυπα παρέχουν σχετικές τεχνικές αναφορές.

Τυποποιημένο	Εύρος	Σχετικότητα με έργα Φ/Β-ΣΑΕ
IEEE C57.159	Οδηγός για μετασχηματιστές σε κατανεμημένα συστήματα φωτοβολταϊκής παραγωγής	Οδηγίες εφαρμογής μετασχηματιστών φωτοβολταϊκών αντιστροφέων
IEEE C57.12.00	Γενικές απαιτήσεις για μετασχηματιστές βυθισμένους σε υγρό	Κατασκευή και απόδοση μετασχηματιστών
IEEE C57.110	Ικανότητα μετασχηματιστών υπό μη ημιτονοειδείς ρεύματα φόρτισης	Αξιολόγηση απωλειών λόγω αρμονικών και φόρτισης
IEEE C57.91	Φόρτιση μετασχηματιστών βυθισμένων σε ορυκτέλαιο	Θερμική απόδοση και γήρανση μόνωσης
IEC 60076-1	Γενικές απαιτήσεις για μετασχηματιστές ισχύος	Ονομαστικές τιμές και γενικές προδιαγραφές
IEC 60076-2	Αύξηση θερμοκρασίας για μετασχηματιστές βυθισμένους σε υγρό	Θερμικές δοκιμές και όρια
IEC 60076-5	Ικανότητα αντοχής σε βραχυκύκλωμα	Απαιτήσεις αντοχής σε βραχυκύκλωμα
IEC 60076-7	Οδηγός φόρτισης για μετασχηματιστές με μονωτικό λάδι ορυκτών	Αξιολόγηση κύκλου φόρτισης
IEC 60076-16	Μετασχηματιστές για εφαρμογές ανεμογεννητριών	Είναι κυρίως σχετικοί με τους ανεβατικούς μετασχηματιστές ανεμογεννητριών
IEEE 1547	Σύνδεση διανεμημένων πόρων ενέργειας	Απαιτήσεις διεπαφής των διανεμημένων πόρων ενέργειας (DER) με το δίκτυο, στο πλαίσιο της εμβέλειάς τους

Το IEC/IEEE 60076-16 προορίζεται ειδικά για εφαρμογές μετασχηματιστών ανύψωσης για ανεμογεννήτριες. Δεν πρέπει να παρουσιάζεται ως ειδικό πρότυπο μετασχηματιστών φωτοβολταϊκών-συστημάτων αποθήκευσης ενέργειας (PV-BESS).

Παρόμοια, το IEEE C57.159 παρέχει κατευθυντήριες γραμμές για εφαρμογές μετασχηματιστών διανεμημένων φωτοβολταϊκών, αλλά δεν αντικαθιστά τα γενικά πρότυπα σχεδιασμού, δοκιμών και διεπαφής με το δίκτυο για μετασχηματιστές.

Για υβριδικές εγκαταστάσεις, οι μηχανικοί πρέπει να καθορίζουν ξεχωριστά τις εφαρμόσιμες απαιτήσεις και να επιβεβαιώνουν εάν συγκεκριμένες διατάξεις είναι σχετικές με την επιλεγμένη διαμόρφωση μετασχηματιστή.

8. Επιλογή μονωτικών υγρών για μετασχηματιστές φωτοβολταϊκών και BESS

Η επιλογή του μονωτικού υγρού επηρεάζει τη διηλεκτρική απόδοση, τη μεταφορά θερμότητας, την προστασία από πυρκαγιά και τους περιβαλλοντικούς παράγοντες.

8.1 Μετασχηματιστές με μεταλλικό λάδι

Το μεταλλικό λάδι παραμένει ένα συνηθισμένο μονωτικό και ψυκτικό μέσο για μετασχηματιστές βυθισμένους σε υγρό.

Τα πλεονεκτήματά του περιλαμβάνουν εγκαθιδρυμένες πρακτικές κατασκευής, ευρεία διαθεσιμότητα, αποδεδειγμένη εμπειρία λειτουργίας και γενικά ανταγωνιστικό αρχικό κόστος.

8.2 Φυσικά Εστερικά Μονωτικά Υγρά

Τα φυσικά εστερικά υγρά λαμβάνονται όλο και περισσότερο υπόψη για εγκαταστάσεις όπου η ασφάλεια από πυρκαγιά και η περιβαλλοντική απόδοση είναι σημαντικές.

Σε σύγκριση με το συμβατικό μεταλλικό μονωτικό λάδι, τα κατάλληλα φυσικά εστερικά υγρά προσφέρουν γενικά:

• Υψηλότερα σημεία ανάφλεξης.

• Ευνοϊκά χαρακτηριστικά βιοαποδιάσπασης.

• Διαφορετικές ιδιότητες διαχείρισης της υγρασίας.

• Πιθανά πλεονεκτήματα σε επιλεγμένες εφαρμογές ευαίσθητες στην πυρκαγιά.

Ορισμένα εμπορικά φυσικά εστερικά υγρά έχουν σημεία ανάφλεξης πάνω από 300 °C.

Ωστόσο, το επιλεγμένο υγρό πρέπει να είναι συμβατό με το μονωτικό σύστημα του μετασχηματιστή, τις σφραγίδες, τη διάταξη ψύξης και τις διαδικασίες συντήρησης.

Η επιλογή του υγρού πρέπει επίσης να λαμβάνει υπόθεση τους ισχύοντες κανονισμούς πυροπροστασίας, τις απαιτήσεις περιορισμού και τις περιβαλλοντικές προδιαγραφές του έργου.

Ούτε το φυσικό εστέρ (natural ester) ούτε το ορυκτέλαιο πρέπει να επιλέγονται με βάση μία μόνο χαρακτηριστική επίδοση.

9. Πρακτική διάσταση μετασχηματιστή για ένα υβριδικό έργο PV-BESS

Εξετάστε ένα ενδεικτικό υβριδικό σύστημα με τις ακόλουθες παραμέτρους σχεδιασμού:

• Ισχύς αντιστροφέα φωτοβολταϊκών (PV): 3 MW.

• Ισχύς εκφόρτισης PCS του BESS: 2 MW.

• Ισχύς φόρτισης PCS του BESS: 2 MW.

• Σύστημα συλλογής μεσαίας τάσης: 35 kV.

• Κοινή διάταξη συλλογής AC.

Εάν το σύστημα ελέγχου επιτρέπει την ταυτόχρονη εξαγωγή των συστημάτων PV και BESS στις μέγιστες ονομαστικές τους ενεργές ισχύες, η συνδυασμένη έξοδος μπορεί να φτάσει:

3 MW + 2 MW = 5 MW

Με υποτιθέμενο συντελεστή ισχύος 0,95, η προσεγγιστική απαιτούμενη φαινόμενη ισχύς είναι:

S = P / PF

S = 5.000 kW / 0,95 = 5.263 kVA

Μια προκαταρκτική μηχανική αξιολόγηση θα μπορούσε επομένως να λάβει υπόψη της εκτιμήσεις μετασχηματιστών με ονομαστική ισχύ υψηλότερη από αυτήν την υπολογισμένη φαινόμενη ισχύ, με επιφύλαξη των απαιτούμενων συνθηκών λειτουργίας, των συνθηκών ψύξης και των εφαρμόσιμων προτύπων.

Ωστόσο, η πραγματική επιλογή πρέπει να εξετάσει πρόσθετους παράγοντες.

Για παράδειγμα, εάν ο ελεγκτής του σταθμού περιορίζει τη συνολική εξαγωγή σε 4 MW, ο αντίστοιχος απαιτούμενος βαθμός φόρτισης του μετασχηματιστή μπορεί να διαφέρει.

Παρομοίως, η φόρτιση της μπαταρίας μπορεί να δημιουργήσει πρόσθετα σενάρια ροής ισχύος, ανάλογα με το αν η ενέργεια προέρχεται από φωτοβολταϊκή παραγωγή, από το δίκτυο ή από και τις δύο πηγές.

Η τελική ονομαστική ισχύς του μετασχηματιστή πρέπει να καθοριστεί με βάση ένα πλήρες πίνακα λειτουργίας που περιλαμβάνει:

1. Μέγιστη ταυτόχρονη εξαγωγή φωτοβολταϊκών (PV) και συστημάτων αποθήκευσης ενέργειας μπαταριών (BESS).

2. Μέγιστη επιτρεπόμενη εισαγωγή από το δίκτυο.

3. Όρια λειτουργίας για την άεργο ισχύ.

4. Φόρτιση από αρμονικά.

5. Βοηθητικά φορτία μετασχηματιστή.

6. Ατμοσφαιρική θερμοκρασία.

7. Μελλοντική επέκταση χωρητικότητας.

8. Επιτρεπόμενες συνθήκες υπερφόρτισης.

Για μετασχηματιστές πολλαπλών τυλιγμάτων, κάθε τύλιγμα πρέπει επίσης να αξιολογηθεί σε σχέση με την αντίστοιχη ονομαστική του ισχύ και τα όρια ρεύματος.

Η βασική αρχή είναι να επιλεγεί ο μετασχηματιστής με βάση τις μέγιστες πιθανές ηλεκτρικές και θερμικές συνθήκες λειτουργίας, όχι απλώς το άθροισμα των ονομαστικών ισχύων των εγκατεστημένων συσκευών.

10. Προσαρμοσμένες λύσεις μετασχηματιστών ανύψωσης PV-BESS της Jiangsu Dingxin Electric

Η Jiangsu Dingxin Electric είναι κατασκευαστής μετασχηματιστών διανομής, μετασχηματιστών ισχύος και προκατασκευασμένων υποσταθμών, που εξυπηρετεί διεθνείς αγορές ηλεκτρικής υποδομής.

Με πάνω από 30 χρόνια εμπειρίας στη βιομηχανία μετασχηματιστών, η Dingxin παρέχει κατασκευαστική υποστήριξη και μηχανική υποστήριξη προσανατολισμένη στην εφαρμογή για έργα ανανεώσιμων πηγών ενέργειας, βιομηχανικής διανομής και δημόσιων υπηρεσιών.

10.1 Προσαρμοσμένοι μετασχηματιστές για έργα ηλιακής ενέργειας και αποθήκευσης μπαταριών

Οι εφαρμογές φωτοβολταϊκών (PV) και συστημάτων αποθήκευσης ενέργειας με μπαταρίες (BESS) απαιτούν συχνά διαφορετικές ηλεκτρικές διαμορφώσεις από τα συμβατικά εμπορικά έργα διανομής.

Η Dingxin συνεργάζεται με τους πελάτες για να εξετάσει τις απαιτήσεις που είναι ειδικές για κάθε έργο, συμπεριλαμβανομένων:

• Των ονομαστικών τιμών μετασχηματιστών μέσης τάσης.

• Των διατάξεων σύνδεσης φωτοβολταϊκών αντιστροφέων (PV inverter) και συστημάτων ελέγχου αποθήκευσης ενέργειας με μπαταρίες (BESS PCS).

• Των συνδυασμών τάσης στο πρωτεύον και δευτερεύον κύκλωμα.

• Ενός ή πολλαπλών τυλιγμάτων χαμηλής τάσης.

• Των ομάδων διανυσμάτων μετασχηματιστών.

• Των απαιτήσεων για αντίσταση.

• Επιλογή μονωτικού υγρού.

• Διατάξεις ψύξης.

• Διαμορφώσεις εξωτερικών περιβλημάτων.

• Αξεσουάρ προστασίας και παρακολούθησης.

Για έργα με συστήματα συλλογής τάσης 35 kV, μπορούν να αξιολογηθούν προσαρμοσμένα ολοκληρωμένα σχέδια υποσταθμών, βάσει της απαιτούμενης τάσης, ισχύος, διάταξης του εξοπλισμού διακοπής και συνθηκών εγκατάστασης.

10.2 Μηχανική υποστήριξη για διπλεύρια ροή ισχύος

Η αξιόπιστη ενσωμάτωση Φ/Β–ΣΑΕΑ απαιτεί συντονισμό μεταξύ του σχεδιασμού του μετασχηματιστή και της ηλεκτρικής μηχανικής επιπέδου συστήματος.

Κατά την ανασκόπηση των τεχνικών προδιαγραφών, σημαντικά θέματα που πρέπει να ληφθούν υπόψη περιλαμβάνουν:

Θερμική αξιολόγηση: Αξιολόγηση των κύκλων φόρτισης, των θερμοκρασιών περιβάλλοντος και της αύξησης της θερμοκρασίας των τυλιγμάτων.

Αξιολόγηση αρμονικών: Ελέγξτε τα δεδομένα αρμονικών του αντιστροφέα και του PCS για να καθορίσετε εάν απαιτούνται πρόσθετοι υπολογισμοί απωλειών ή ειδικές προδιαγραφές σχεδιασμού.

Ηλεκτρική διαμόρφωση: Ταιριάξτε την τάση τύλιγματος, την αντίσταση, την ομάδα διανυσμάτων και τις διατάξεις γείωσης με το υβριδικό σύστημα ισχύος.

Συμβατότητα προστασίας: Συντονίστε τις απαιτήσεις προστασίας του μετασχηματιστή με τις διατάξεις προστασίας (relaying) και διακοπής του συστήματος.

Δοκιμές και τεκμηρίωση: Καθορίστε τις εφαρμόσιμες απαιτήσεις των IEEE/IEC, τα κριτήρια παραλαβής εργοστασίου και την τεχνική τεκμηρίωση πριν από την παραγωγή.

Η Dingxin μπορεί να υποστηρίξει συζητήσεις για προσαρμοσμένες προδιαγραφές μετασχηματιστών για εταιρείες EPC ηλιακής ενέργειας, αναπτυξιακούς φορείς ανανεώσιμων πηγών ενέργειας και εταίρους ενσωμάτωσης BESS.

Οι πραγματικές ονομαστικές τιμές προϊόντων, η κατάσταση συμμόρφωσης, το εύρος των δοκιμών και οι διαθέσιμες διαμορφώσεις πρέπει να επιβεβαιωθούν με βάση την τεχνική τεκμηρίωση που αφορά το συγκεκριμένο έργο.

11. Συχνές ερωτήσεις σχετικά με τους ανυψωτικούς μετασχηματιστές PV-BESS

Τι είναι ένας μετασχηματιστής διπλής κατεύθυνσης ροής ισχύος;

Ένας μετασχηματιστής διπλής κατεύθυνσης ροής ισχύος είναι ένας μετασχηματιστής που χρησιμοποιείται σε ηλεκτρικό σύστημα όπου η ενεργός ισχύς μπορεί να ρέει προς οποιαδήποτε κατεύθυνση.

Οι συμβατικοί μετασχηματιστές AC μπορούν γενικά να μεταφέρουν ισχύ προς και τις δύο κατευθύνσεις, αλλά σε εφαρμογές υβριδικής ανανεώσιμης ενέργειας ενδέχεται να απαιτείται πρόσθετη αξιολόγηση των κύκλων φόρτισης, των αρμονικών, της ρύθμισης τάσης και της προστασίας.

Πώς διαφέρει ένας μετασχηματιστής ανύψωσης BESS από έναν συμβατικό ηλιακό μετασχηματιστή;

Ένας μετασχηματιστής ανύψωσης BESS μπορεί να λειτουργεί υπό συνθήκες φόρτισης, εκφόρτισης, αναμονής και υποστήριξης αντιδραστικής ισχύος.

Σε σύγκριση με μια συμβατική εφαρμογή ηλιακής παραγωγής, το προφίλ λειτουργίας του ενδέχεται να περιλαμβάνει διαφορετικούς κύκλους φόρτισης και απαιτήσεις ποιότητας ισχύος.

Η σχεδίαση του μετασχηματιστή πρέπει να είναι συμβατή με τα πραγματικά χαρακτηριστικά του PCS και τις συνθήκες λειτουργίας του συστήματος.

Μπορεί ένας μετασχηματιστής να συνδέει ταυτόχρονα αντιστροφείς PV και εξοπλισμό PCS BESS;

Ναι. Μια κοινή διάταξη μετασχηματιστή μπορεί να είναι εφικτή, εφόσον η ηλεκτρική αρχιτεκτονική, οι βαθμοί τύλιγματος, τα επίπεδα τάσης, η συντονισμένη προστασία και η θερμική χωρητικότητα σχεδιαστούν κατάλληλα.

Οι επιλογές περιλαμβάνουν ένα κοινό δίκτυο χαμηλής τάσης ή έναν μετασχηματιστή με πολλαπλά τυλίγματα.

Η διπλεύρου διαρροής ισχύος προκαλεί κορεσμό του μετασχηματιστή;

Όχι από μόνη της.

Ο κορεσμός του πυρήνα συνδέεται με μαγνητικές λειτουργικές συνθήκες, όπως υπερβολικός λόγος τάσης προς συχνότητα, DC πόλωση ή ορισμένες μεταβατικές συνθήκες.

Η κατεύθυνση της κανονικής ενεργού ισχύος του εναλλασσόμενου ρεύματος από μόνη της δεν προκαλεί εγγενώς κορεσμό του πυρήνα του μετασχηματιστή.

Είναι υποχρεωτικοί οι μετασχηματιστές K-factor για εγκαταστάσεις BESS;

Όχι. Η φόρτιση από αρμονικά πρέπει να αξιολογηθεί με βάση το πραγματικό φάσμα ρεύματος του PCS και την εφαρμόσιμη μεθοδολογία σχεδιασμού μετασχηματιστή.

Δεν πρέπει να υποτίθεται ότι μια συγκεκριμένη ονομασία K-factor είναι υποχρεωτική για κάθε υγρό-εμβαπτιζόμενο μετασχηματιστή BESS.

Απαιτείται OLTC για υποσταθμό ανύψωσης τάσης PV-BESS;

Όχι απαραίτητα.

Οι απαιτήσεις OLTC εξαρτώνται από τις συνθήκες τάσης του δικτύου, τις δυνατότητες αντιδραστικής ισχύος του αντιστροφέα, τη στρατηγική ρύθμισης του δικτύου και τις προδιαγραφές του έργου.

Πολλές εγκαταστάσεις χρησιμοποιούν διατάξεις ρύθμισης με απενεργοποιημένη τάση σε συνδυασμό με κατάλληλη ρύθμιση τάσης στο επίπεδο αντιστροφέα και δικτύου.

Ποια πρότυπα ισχύουν για τους μετασχηματιστές PV-BESS;

Σχετικές αναφορές μπορεί να περιλαμβάνουν τα IEEE C57.159, IEEE C57.12.00, IEEE C57.110, IEC 60076-1, IEC 60076-2, IEC 60076-5 και τους εφαρμόσιμους οδηγούς φόρτισης.

Οι απαιτήσεις διασύνδεσης με το δίκτυο πρέπει να ληφθούν υπόψη ξεχωριστά.

Πώς μπορεί ένας κατασκευαστής μετασχηματιστών να υποστηρίξει υβριδικά έργα PV-BESS;

Ένας κατασκευαστής μπορεί να υποστηρίξει την επιλογή μετασχηματιστή εξατομικευμένη για το έργο, τη διαμόρφωση των τυλιγμάτων, την αξιολόγηση των απωλειών, τον σχεδιασμό μόνωσης, την αξιολόγηση θερμικής απόδοσης, την επιλογή πρόσθετων εξαρτημάτων και την τεκμηρίωση δοκιμών στο εργοστάσιο.

Η τελική προδιαγραφή του εξοπλισμού πρέπει να συντονιστεί μεταξύ του εντολέα EPC, του προμηθευτή PCS, του μηχανικού δικτύου και του κατασκευαστή μετασχηματιστών.

12. Συμπέρασμα: Μηχανική Αξιοπιστία Υποδομή Ισχύος Φ/Β-Συστήματος Αποθήκευσης Ενέργειας με Μπαταρίες

Καθώς η παραγωγή ενέργειας από φωτοβολταϊκά και η αποθήκευση ενέργειας με μπαταρίες ενσωματώνονται όλο και περισσότερο, η επιλογή των μετασχηματιστών εξελίσσεται πέραν της συμβατικής ονομαστικής ισχύος και της τάσης.

Μια αξιόπιστη υποσταθμό ανύψωσης φωτοβολταϊκών πρέπει να υποστηρίζουν τα λειτουργικά χαρακτηριστικά των υβριδικών συστημάτων ανανεώσιμης ενέργειας, διατηρώντας παράλληλα κατάλληλη θερμική, διηλεκτρική και ηλεκτρική απόδοση.

Κρίσιμες μηχανικές πτυχές είναι:

• Δικατευθυντική ροή ενεργού και αντιδραστικής ισχύος.

• Μεταβλητά προφίλ φόρτισης και εκφόρτισης.

• Χαρακτηριστικά αρμονικών ρευμάτων.

• Θερμική φόρτιση του μετασχηματιστή και γήρανση της μόνωσης.

• Ρύθμιση τάσης και επιλογή βημάτων (tap).

• Ρεύμα βραχυκυκλώματος από πολλαπλές πηγές και συντονισμός προστασίας.

• Εφαρμόσιμα πρότυπα IEEE/IEC.

• Απαιτήσεις για μακροπρόθεσμη αξιοπιστία και συντήρηση.

Για μεγάλης κλίμακας έργα ανανεώσιμων πηγών ενέργειας, η πρόωρη συνεργασία μεταξύ κατασκευαστών μετασχηματιστών, εργολάβων EPC, προμηθευτών συστημάτων PCS και μηχανικών της ΔΕΗ μπορεί να μειώσει τους κινδύνους ενσωμάτωσης και να βελτιώσει τη συμβατότητα των εξοπλισμών.

Ζητήστε έναν προσαρμοσμένο μετασχηματιστή ανύψωσης PV-BESS.

Σχεδιάζετε ένα υβριδικό έργο ηλιακής ενέργειας με αποθήκευση ή αναβαθμίζετε μια υφιστάμενη υποσταθμό ανανεώσιμων πηγών ενέργειας;

Η Jiangsu Dingxin Electric παρέχει προσαρμοσμένες λύσεις μετασχηματιστών και ολοκληρωμένων υποσταθμών για φωτοβολταϊκή παραγωγή, αποθήκευση ενέργειας με μπαταρίες και διανομή μέσης τάσης.

Η ομάδα μας μπορεί να εξετάσει τις ηλεκτρικές σας απαιτήσεις, συμπεριλαμβανομένης της ισχύος του μετασχηματιστή, της τάσης του συστήματος, της διάταξης των τυλιγμάτων, των πρόσθετων στοιχείων προστασίας και των εφαρμόσιμων μηχανικών προτύπων.

Επικοινωνήστε με την Dingxin Electric για να ζητήσετε μια εξειδικευμένη αναθεώρηση προδιαγραφών μετασχηματιστή ή μια τεχνική πρόσκληση για προσφορές (RFQ).

Ιστοσελίδα: https://www.dishinelectric.com/