Ontwerp van opstaptransformators voor fotovoltaïsche energieopwekking en batterijenergieopslag: beheer van bidirectionele stroom, thermische belasting en beveiliging

De toenemende integratie van fotovoltaïsche (PV) opwekking en batterijenergieopslagsystemen (BESS) verandert de manier waarop duurzame energiecentrales zich aansluiten op elektrische distributienetwerken.

In tegenstelling tot conventionele zonne-installaties, die voornamelijk opgewekte elektriciteit exporteren, kunnen hybride PV-BESS-faciliteiten in meerdere modi opereren: export van zonne-energie, opladen van batterijen vanuit het net of van zonne-opwekking, ontladen van opgeslagen energie en levering van netondersteunende diensten.

Deze veranderende bedrijfsomstandigheden stellen nieuwe technische eisen aan de fotovoltaïsche step-upsubstation en de bijbehorende transformatoren.

Een goed ontworpen transformator voor bidirectionele stroomrichting moet kunnen omgaan met wisselende belastingsprofielen, een aanvaardbare thermische prestatie behouden, bestand zijn tegen gespecificeerde elektrische storingen en functioneren binnen een gecoördineerd beveiligingssysteem.

Voor zonnepanelen-EPC-aannemers, BESS-integratoren, nutsbedrijfsingenieurs en ontwerpers van industriële stroomsystemen is de keuze van de transformator daarom een cruciaal onderdeel van betrouwbaarheid van het project en levenscycluskostenbeheer.

Deze gids onderzoekt de elektrische, thermische en beveiligingsuitdagingen bij integratie van PV- en BESS-systemen en legt uit hoe u een geschikte opvoertransformator kunt specificeren voor moderne hybride hernieuwbare-energieprojecten.

1. Inzicht in PV-BESS-hybride energiesystemen

1.1 Hoe zonne-energie-plus-opslag de stroomverdeling verandert

In een conventionele, aan het elektriciteitsnet gekoppelde fotovoltaïsche installatie zetten omvormers gelijkstroom van fotovoltaïsche modules om in wisselstroom.

Een opvoertransformator verhoogt de uitgangsspanning van de omvormer naar het vereiste middenspanningsniveau voor distributie, zoals 10 kV, 20 kV of 35 kV.

Stroom stroomt normaal gesproken van de zonnegeneratie-apparatuur naar het verzamelnets of het openbare elektriciteitsnet, hoewel hulpbelastingen en bepaalde bedrijfsomstandigheden beperkte stroomopwaartse stroming kunnen veroorzaken.

Wanneer batterijenergieopslag wordt geïntroduceerd, wordt de elektrische architectuur complexer.

Een hybride PV-BESS-installatie kan in verschillende modi werken:

Bedrijfsmodus	Energievloei	Transformatoroverweging
Zonnegeneratie	PV-omvormer → Transformator → Net	Continue opwekkingbelasting
Opladen van batterij vanuit het net	Net → Transformator → BESS-PCS	Omgekeerde actieve stroomstroom
Ontladen van batterij	BESS PCS → Transformator → Net	Uitvoerbelasting en thermische prestaties
Zonne- en BESS-uitvoer	PV + BESS → Transformator → Net	Gecombineerde maximale uitvoer
Netondersteuning	Wisselrichtige actieve/reactieve vermogensuitwisseling	Spanningsregeling en beveiligingscoördinatie
Standby	Minimale actieve vermoverdracht	Leegloopverliezen en hulpvermogebvraag

In AC-gekoppelde systemen kunnen fotovoltaïsche omvormers en batterijomvormsystemen (PCS) op een gemeenschappelijk AC-verzamelnets aansluiten.

Een speciale BESS-transformator, een gedeelde opvoertransformator of meerdere transformatorconfiguraties kunnen worden gebruikt, afhankelijk van de systeemcapaciteit en de elektrische architectuur.

1.2 Waarom bidirectionele stroomdoorvoer belangrijk is

Een conventionele transformator kan over het algemeen wisselstroom in beide richtingen overbrengen, mits de spanning, stroom, isolatie-, thermische- en beveiligingslimieten in acht worden genomen.

Daarom, bidirectionele stroomdoorvoer vereist niet per se een geheel andere magnetische ontwerpvorm voor de transformator .

De technische uitdaging ontstaat uit de bedrijfsomstandigheden die samenhangen met hybride zonne- en opslagsystemen.

Deze kunnen onder andere bevatten:

• Herhaalde wisselingen tussen laden en ontladen.

• Wisselende belasting gedurende de dag.

• Door omvormers opgewekte harmonische stromen.

• Uitwisseling van blindvermogen.

• Mogelijke gelijkstroominjectie.

• Verschillende bijdragen aan de foutstroom in diverse bedrijfsmodi.

• Spanningsveranderingen in het verzamelnetsysteem.

• Lange perioden van geactiveerde stand-bybedrijf.

Een fotovoltaïsche opvoertransformator moet worden beoordeeld op basis van deze werkelijke bedrijfsomstandigheden, en niet alleen op basis van de stroomrichting.

2. Thermische belasting en belastingsuitdagingen bij BESS-opvoertransformatoren

2.1 Thermische cycli tijdens laden en ontladen

Thermische prestaties zijn een belangrijke overweging bij de keuze van een BESS-opvoertransformator .

De temperatuur van de transformatorwikkelingen en de isolerende vloeistof hangt voornamelijk af van elektrische verliezen, koelomstandigheden, omgevingstemperatuur en eerdere belastingsgeschiedenis.

Een batterijopslaginstallatie kan meerdere laad- en ontladingsperiodes binnen één dag doormaken.

Bijvoorbeeld kan een batterijssysteem laden tijdens een hoog zonnestroomaanbod, ’s avonds tijdens de piekbelasting ontladen en gedurende tussentijdse perioden extra netdiensten leveren.

Hoewel het omkeren van de stroomrichting op zich geen extra verwarming veroorzaakt bij dezelfde effectieve stroomsterkte (RMS), kunnen frequente wijzigingen in de stroomomvang herhaalde verwarmings- en koelcycli veroorzaken.

Deze cycli kunnen invloed hebben op:

• De hotsportemperatuur van de wikkelingen.

• Het verouderingspercentage van de isolatie.

• Thermische uitzetting en krimp.

• De mechanische belasting van de wikkelingssteunstructuren.

• De langetermijnconditie van olie en isolatie.

De resulterende temperatuurvariatie hangt af van de belastingsduur en de thermische tijdconstanten van de transformator.

Bijgevolg dient de transformatorafmeting rekening te houden met het volledige bedrijfsprofiel, en niet alleen met de nominale PCS-vermogenswaarde.

2.2 Beoordeling van de transformator warmtepunttemperatuur

De levensduur van de transformatorisolatie wordt sterk beïnvloed door de temperatuur op het warmtepunt van de wikkelingen.

Voor oliegekoelde transformatoren kan de benaderde warmtepunttemperatuur worden weergegeven als:

θH = θA + ΔθTO + ΔθH

Waarbij:

• θH: De hotsportemperatuur van de wikkelingen.

• θA: Omgevingstemperatuur.

• δθTO: Temperatuurstijging van de bovenste olie ten opzichte van de omgevingstemperatuur.

• δθH: Temperatuurverschil tussen de warmste punt in de wikkeling en de bovenste olie.

De werkelijke temperatuurstijging varieert met de belasting, het koelontwerp, de transformatorvorm en de bedrijfsvoorgeschiedenis.

Technici dienen de belasting te beoordelen aan de hand van toepasselijke richtlijnen, zoals IEEE C57.91 of IEC 60076-7, afhankelijk van de projectspecificatie.

Voor BESS-installaties kan een representatief belastingsprofiel op basis van tijdreeksen helpen thermische risico’s te identificeren die niet zichtbaar zijn bij een eenvoudige berekening op basis van de nominaal vermogenswaarde.

2.3 Gelijkstroominjectie en kernverzadiging

Vermogenselektronische omzetters kunnen onder bepaalde omstandigheden kleine gelijkstroomcomponenten introduceren in hun wisselstroomuitgang.

Te veel gelijkstroominjectie kan een magnetische bias in de transformatorcore veroorzaken, wat mogelijk leidt tot:

• Verhoogde magnetiseringsstroom.

• Kernverzadiging.

• Extra strooiverliezen.

• Gelocaliseerde verwarming.

• Verhoogd akoestisch lawaai.

• Afwijkende trillingen.

Echter, goed ontworpen netgekoppelde omvormers en PCS-apparatuur zijn voorzien van regel- en beveiligingsfuncties die bedoeld zijn om DC-inspuiting te beperken.

DC-offset dient te worden beoordeeld als een eis op het gebied van stroomkwaliteit en apparatuurcompatibiliteit, en niet als een onvermijdelijk gevolg van bidirectionele werking.

Transformatorfabrikanten moeten de door de PCS-fabrikant gespecificeerde DC-inspuitingslimieten opvragen bij de beoordeling van compatibiliteit.

3. Harmonische vervorming en Transformator Verliezen in hybride PV-BESS-systemen

3.1 Waarom vermoeilijkende elektronische omvormers belangrijk zijn

Fotovoltaïsche omvormers en batterij-PCS-apparatuur maken gebruik van halfgeleider-schakelingen en regelalgoritmen om elektrische energie om te zetten.

Deze omzettingsprocessen kunnen harmonische stroomcomponenten introduceren.

Afhankelijk van de omzettertopologie, de schakelfrequentie, de regelstrategie en de filtering kunnen relevante harmonische componenten de 5e, 7e, 11e en 13e harmonischen omvatten, evenals componenten met een hogere frequentie.

Het werkelijke harmonisch spectrum moet worden verkregen bij de fabrikant van de apparatuur of via een geschikte studie naar de kwaliteit van de elektriciteitsvoorziening.

Harmonische stromen kunnen leiden tot een toename van:

• Wervelstroomverliezen in de wikkelingen.

• Verspreide verliezen in structurele onderdelen.

• Extra verwarming van geleiders.

• Algehele thermische belasting van de transformator.

• Mogelijke elektrische spanning door resonantie in het bredere systeem.

Aangezien wervelstroomverliezen ten gevolge van harmonischen afhankelijk zijn van de frequentie, kan een beoordeling op basis van alleen de effectieve waarde (RMS) van de stroom bij de basisfrequentie bepaalde verliesbijdragen onderschatten.

3.2 Vereisen BESS-transformatoren K-factorwaarderingen?

K-factor wordt veelal gebruikt om de capaciteit van een transformator aan te geven om specifieke niet-lineaire belastingskenmerken te verdragen, met name bij bepaalde droge transformatortoepassingen.

Het kiezen van een willekeurige K-4-, K-9- of K-13-waardering is echter geen universele vereiste voor vloeistofgekoelde zonne- en energieopslag-ophoogtransformatoren.

Voor middenspannings-vloeistofgevulde transformatoren is een geschiktere technische aanpak het beoordelen van het verwachte harmonisch spectrum en de daardoor veroorzaakte extra verliezen.

IEEE C57.110 biedt methoden die relevant zijn voor het beoordelen van de transformatorcapaciteit onder niet-sinusvormige belastingsstroomomstandigheden binnen het door de norm gedefinieerde toepassingsgebied.

Aanbevolen technische stappen zijn:

1. Verkrijg de harmonische stroomgegevens van de PV-omvormer en de BESS-PCS.

2. Beoordeel de verwachte bedrijfsomstandigheden zowel in laad- als in ontlademodus.

3. Bereken, indien van toepassing, extra wikkelings- en strooiverliezen.

4. Controleer de temperatuurstijging van de wikkelingen en de isolatiebelasting.

5. Bepaal of een speciale wikkelconstructie, extra koeling of verminderde belasting noodzakelijk is.

Deze toepassingsspecifieke aanpak helpt onnodige transformatoroverdimensionering te voorkomen, terwijl de langetermijnprestaties worden beschermd.

3.3 Vermindering van thermische spanning door harmonischen

Afhankelijk van de omvormerkenmerken en projectvereisten kunnen er bij de transformatorontwikkeling de volgende opties worden overwogen:

• Geoptimaliseerd ontwerp van de wikkelgeleider.

• Geschikte geleidertranspositie of wikkelopstelling.

• Extra thermische marge.

• Verbeterde koelmogelijkheden.

• Verliesevaluatie onder gespecificeerde harmonische belasting.

• Gecoördineerde filtering op omvormerniveau of systeemniveau.

Harmonische filtering is over het algemeen een systeemniveau-technische beslissing die betrekking heeft op de PCS-leverancier, de EPC-aannemer en de ontwerper van de netkoppeling.

Alleen het transformatorontwerp kan niet elk harmonisch probleem binnen een hybride energiecentrale oplossen.

4. Spanningsregeling en keuze van de tapchanger voor tweerichtingsstroom

4.1 Spanningsstijging en spanningsdaling in hybride systemen

De aansluitspanning van de transformator hangt af van de richting en grootte van het actieve en reactieve vermogen, de transformatorimpedantie en de kenmerken van het aangesloten netwerk.

Tijdens PV-opwekking of BESS-ontlading kan het uitvoeren van vermogen bijdragen aan een spanningsstijging op bepaalde aansluitpunten.

Tijdens netopladen kan het invoeren van vermogen bijdragen aan een spanningsdaling.

De werkelijke spanningsreactie hangt echter ook af van de regeling van het reactieve vermogen, de systeemimpedantie, de spanningsregeling stroomopwaarts en de bedrijfsomstandigheden van het netwerk.

Bij hybride PV-BESS-installaties moet de spanningsregeling daarom worden gecoördineerd tussen de omvormer, de transformator en het netaansluitingssysteem.

4.2 Uitgeschakelde tapveranderders versus belaste tapveranderders

Twee veelgebruikte tapveranderingsopstellingen worden toegepast in vermogenstransformatoren.

Uitgeschakelde tapveranderder (DETC)

Een uitgeschakelde tapveranderder stelt een aanpassing van de transformatortransformatieverhouding alleen mogelijk wanneer de transformator veilig is uitgeschakeld volgens de instructies van de fabrikant.

Voordelen zijn:

• Relatief eenvoudige constructie.

• Lagere initiële kosten.

• Verminderde mechanische complexiteit.

• Geschikt voor toepassingen waarbij spanningsschommelingen tijdens bedrijf kunnen worden beheerd door andere apparatuur.

Belastingschakelaar voor tapverandering (OLTC)

Een OLTC stelt tapaanpassingen toe terwijl de transformator weliswaar onder spanning staat en belast is, mits dit binnen de grenzen van zijn ontwerp en bedrijfsvoorwaarden valt.

OLTC-systemen kunnen geschikt zijn wanneer de netspanningsomstandigheden actieve aanpassing van de transformatorverhouding vereisen.

Een OLTC is echter niet automatisch vereist alleen omdat het BESS frequent laadt en ontladt.

Moderne omvormer-gebaseerde bronnen kunnen spanning- en reactiefvermogensregeling bieden binnen hun mogelijkheden en de eisen van de netcode.

Frequente tapbewerkingen kunnen ook extra onderhoudseisen met zich meebrengen.

Technische aanbeveling: Beoordeel de Volt-VAR-mogelijkheden van de omvormer, de regeling van het middenspanningsnet, de vereisten voor netkoppeling en de verwachte frequentie van tapbewerkingen voordat u OLTC-apparatuur specificeert.

5. Het kiezen van de juiste fotovoltaïsche opvoersubstationarchitectuur

5.1 Geïntegreerde PV-BESS-opvoersubstations

Afotovoltaïsche step-upsubstation combineert de elektrische apparatuur die nodig is om laagspanningsduurzame-energieapparatuur aan te sluiten op een middenspanningsverzamelnet.

Afhankelijk van het ontwerp kan een geïntegreerd substation onder meer omvatten:

• Opvoerverdelingstransformator.

• Middenspannings-schakelinstallatie of ringhoofdeenheid (RMU).

• Laagspannings-invoerschakelinstallatie.

• Beveiligings- en besturingsapparatuur.

• Meetapparatuur.

• Stoombescherming.

• Hulp-elektrische systemen.

• Controle- en communicatieinterfaces.

Een geïntegreerde oplossing kan het aantal afzonderlijke, ter plaatse geïnstalleerde componenten verminderen en de apparatuurindeling vereenvoudigen.

Mogelijke projectvoordelen zijn een kleiner terreinverbruik, fabrieksgeïntegreerde aansluitingen, verbeterde coördinatie van apparatuur en gestroomlijnd installatieplanning.

De uiteindelijke installatieschema is echter afhankelijk van civiele werken, nutsbedrijfskeuring, ter plaatse uitgevoerde tests en het algemene bouwprogramma.

5.2 Geïntegreerde onderstation versus modulaire apparatuurindeling

Selectiefactor	Geïntegreerde step-up-transformatorenstation	Modulaire apparatuurindeling
Uitrusting	Fabrieksgeïntegreerd pakket	Afzonderlijke transformatoren- en schakelapparatuureenheid
Oppervlakte op locatie	Mogelijk compact	Hangt af van de onderlinge afstand van de apparatuur
Fabrieksintegratie	Hogere graad van vooraf montage	Er is mogelijk meer coördinatie op locatie nodig
Toegang voor onderhoud	Moet worden opgenomen in het ontwerp van de behuizing	Kan een grotere scheiding van apparatuur bieden
Toekomstige uitbreiding	Hangt af van het pakketontwerp	Biedt vaak meer flexibiliteit in de indeling
Typische toepassing	Zonnepanelen/BESS-blokken en compacte locaties	Grote of complexe onderstations

Voor netwerk-schaal hybride installaties moet de apparatuurarchitectuur worden gekozen op basis van onderhoudbaarheid, uitbreidingsmogelijkheden, elektrische veiligheidsafstanden, veiligheid en totale geïnstalleerde kosten.

5.3 Ontwerp met transformator met dubbele laagspanningswikkeling

Sommige PV-BESS-installaties gebruiken transformatoren met gescheiden laagspanningswikkelingen voor de fotovoltaïsche omvormer en de batterij-PCS.

Deze configuratie kan afzonderlijke elektrische interfaces bieden voor de twee omvormersystemen, terwijl zij een gemeenschappelijke middenspanningsaansluiting delen.

Mogelijke voordelen zijn:

• Onafhankelijke laagspanningsaansluitingsopstellingen.

• Grotere flexibiliteit bij de keuze van de wikkelspanning.

• Minder behoefte aan bepaalde externe AC-combinatieapparatuur.

• Toepassingsspecifiek impedantie- en aardingsontwerp.

Afzonderlijke wikkelingen bieden echter geen volledige elektrische isolatie tussen verbonden systemen onder alle bedrijfsomstandigheden.

Stoombelastingen, wikkelkoppeling, spanningstransiënten en coördinatie van beveiliging moeten worden geëvalueerd met behulp van het meervoudig-wikkelingsequivalentcircuit van de transformator.

Een ontwerp met dubbele secundaire wikkelingen dient daarom te worden gespecificeerd op basis van de vereiste vermogensvermeldingen, wikkelspanningen, vectorgroep, impedanties en kortsluitkarakteristieken.

6. Transformator Beveiliging voor bidirectionele PV-BESS-bedrijfsvoering

6.1 Richtingsgevoelige overstroombeveiliging

Traditionele distributiebeveiliging kan gebaseerd zijn op de veronderstelling dat de foutstroom voornamelijk van de nutsvoorziening naar de aangesloten belastingen stroomt.

Hybride PV-BESS-systemen kunnen verschillende paden voor foutstroombijdrage introduceren, afhankelijk van de bedrijfsmodus, omvormerbesturing en netconfiguratie.

Richtingsgevoelige overstroomfuncties zoals ANSI 67 en 67N kunnen geschikt zijn wanneer de foutrichting moet worden onderscheiden.

Andere beveiligingsfuncties kunnen omvatten:

ANSI-functie	Beschermingsfunctie	Toepassingsoverwegingen
50/51	Directe/tijdsgestuurde overstroom	Fasefoutbeveiliging
50N/51N	Aardlekkageoverstroom	Aardlekkagedetectie
67/67N	Richtingsgevoelige overstroom	Foutdiscriminatie bij meerdere mogelijke oorzaken
87T	Transformator differentieel	Detectie van interne transformatorfouten
49	Thermische bescherming	Thermische overbelastingsbewaking
27/59	Onderspanning/overspanning	Afwijsende spanningsomstandigheden
81U/81O	Onderfrequentie/overfrequentie	Netfrequentiestoringen

De keuze van beveiliging is afhankelijk van de transformatoromvang, de aard van de aarding, de eisen van de netcode en de installatiearchitectuur.

Richtingsbeveiliging mag niet uitsluitend worden gespecificeerd omdat het actief vermogen van richting kan veranderen; de noodzaak hiervan moet worden vastgesteld via een coördinatiestudie voor beveiliging.

6.2 Overspanningsbeveiliging en isolatiecoördinatie

Fotovoltaïsche installaties en BESS-installaties kunnen bliksemindukte overspanningen, schakeltransiënten en spanningsstoornissen ondervinden.

De isolatiesystemen van transformatoren moeten worden afgestemd op de verwachte elektrische omgeving.

Belangrijke parameters zijn:

• Hoogste spanning voor apparatuur.

• Blikseminpulsbestendigheidsniveau.

• Wisselstroom-dielectrische bestendigheid.

• Specificaties van overspanningsafleiders.

• Aardingregelingen.

• Isolatiekenmerken van kabels.

• Voorwaarden voor schakeltransiënten.

Metaaloxide-overspanningsafleiders kunnen worden opgenomen volgens de vereisten voor isolatiecoördinatie van het systeem.

Bij de keuze moet rekening worden gehouden met het aardingsysteem, de maximale continu bedrijfsspanning, tijdelijke overspanningsomstandigheden en de verwachte overspanningsomgeving.

6.3 Transformatorbewaking en SCADA-integratie

Grote PV-BESS-installaties omvatten vaak gecentraliseerde toezicht-, besturings- en gegevensverzamelingssystemen (SCADA).

Afhankelijk van het transformatorontwerp en de projectvereisten kan bewaking onder andere omvatten:

• Temperatuur van de bovenste olie.

• Aanduiding of schatting van de wikkelingstemperatuur.

• Vloeistofniveau.

• Status van het drukontlastingsapparaat.

• Gasaccumulatiebeveiliging, indien van toepassing.

• Toestand van het koelsysteem.

• Alarm- en uitschakelcontacten.

Buchholz-relais worden meestal geassocieerd met geschikte conservator-type oliegeïmmersiveertransformatoren, in plaats van met elke afgesloten distributietransformator.

Monitoringgegevens kunnen via een geschikte besturingsinterface worden aangesloten op SCADA-systemen of energiebeheersystemen op installatieniveau.

Een dergelijke integratie kan condition monitoring, onderhoudsplanning en operationele zichtbaarheid ondersteunen.

7. IEEE- en IEC-normen voor PV-BESS-step-uptransformatoren

Internationale hernieuwbare-energieprojecten moeten voldoen aan de toepasselijke transformatornormen en lokale eisen voor netkoppeling.

De volgende normen bieden relevante technische referenties.

Standaard	Toepassingsgebied	Relevantie voor PV-BESS-projecten
IEEE C57.159	Richtlijn voor transformatoren in gedistribueerde fotovoltaïsche energiesystemen	Toepassingsrichtlijn voor PV-omvormertransformatoren
IEEE C57.12.00	Algemene vereisten voor vloeistofgekoelde transformatoren	Constructie en prestaties van transformatoren
IEEE C57.110	Vermogensvermogen van transformatoren onder niet-sinusvormige belastingsstromen	Beoordeling van harmonische verliezen en belasting
IEEE C57.91	Belasting van met minerale olie gevulde transformatoren	Thermische prestaties en isolatieveroudering
IEC 60076-1	Algemene vereisten voor vermogentransformatoren	Beoordelingen en algemene specificaties
IEC 60076-2	Temperatuurstijging voor oliegekoelde transformatoren	Thermische tests en grenswaarden
IEC 60076-5	Vermogen om kortsluiting te weerstaan	Vereisten voor kortsluitingstevensstand
IEC 60076-7	Belastingsgids voor met minerale olie gevulde transformatoren	Belastingscyclusbeoordeling
IEC 60076-16	Transformatoren voor windturbine-toepassingen	Voornamelijk relevant voor opvoertransformatoren voor windturbines
IEEE 1547	Koppeling van gedistribueerde energiebronnen	Vereisten voor de netinterface van gedistribueerde energiebronnen (DER) binnen zijn toepassingsgebied

IEC/IEEE 60076-16 is specifiek bedoeld voor toepassingen van step-up-transformatoren in windturbines. Het mag niet worden voorgesteld als een specifieke standaard voor PV-BESS-transformatoren.

Evenzo biedt IEEE C57.159 richtlijnen voor transformatortoepassingen in gedistribueerde fotovoltaïsche systemen, maar vervangt deze niet de algemene normen voor transformatordesign, -testen en -aansluiting op het elektriciteitsnet.

Voor hybride installaties moeten ingenieurs de toepasselijke eisen afzonderlijk specificeren en bevestigen of bepaalde bepalingen van toepassing zijn op de geselecteerde transformatorconfiguratie.

8. Het kiezen van isolerende vloeistoffen voor zonne- en BESS-transformatoren

De keuze van isolerende vloeistof beïnvloedt de diëlektrische prestaties, warmteoverdracht, brandbeveiliging en milieuoverwegingen.

8.1 Minerale olie-transformatoren

Minerale olie blijft een veelgebruikte isolerende en koelvloeistof voor natte transformatoren.

De voordelen zijn onder andere gevestigde productieprocessen, brede beschikbaarheid, bewezen bedrijfservaring en over het algemeen concurrerende initiële kosten.

8.2 Natuurlijke esterisolatievloeistoffen

Natuurlijke estervloeistoffen worden in toenemende mate overwogen voor installaties waarbij brandveiligheid en milieuverantwoordheid belangrijk zijn.

In vergelijking met conventionele minerale isolatieolie bieden geschikte natuurlijke estervloeistoffen over het algemeen:

• Hogere brandpunten.

• Gunstige biologische afbreekbaarheidseigenschappen.

• Anders geformuleerde eigenschappen op het gebied van vochtbeheer.

• Mogelijke voordelen in specifieke brandgevoelige toepassingen.

Bepaalde commerciële natuurlijke estervloeistoffen hebben brandpunten boven de 300 °C.

De geselecteerde vloeistof moet echter compatibel zijn met het transformatorisolatiesysteem, de afdichtingen, de koelopstelling en de onderhoudsprocedures.

De keuze van de vloeistof dient ook rekening te houden met toepasselijke brandbeveiligingsvoorschriften, opslagvereisten en projectspecifieke milieu-eisen.

Zowel natuurlijke estervloeistof als minerale olie dienen niet te worden geselecteerd op basis van één enkel prestatiekenmerk.

9. Praktische transformatorbemating voor een hybride PV-BESS-project

Beschouw een illustratieve hybride installatie met de volgende ontwerpparameters:

• PV-omvormercapaciteit: 3 MW.

• BESS-PCS-ontlaadcapaciteit: 2 MW.

• BESS-PCS-laadcapaciteit: 2 MW.

• Middenspanningsverzamelsysteem: 35 kV.

• Gemeenschappelijke AC-verzamelconfiguratie.

Indien het regelsysteem toelaat dat zowel de PV- als de BESS-installatie gelijktijdig hun maximale actieve vermogens leveren, kan het gecombineerde vermogen bereiken:

3 MW + 2 MW = 5 MW

Bij een veronderstelde arbeidsfactor van 0,95 bedraagt de benaderde schijnbare vermogensbehoefte:

S = P / PF

S = 5.000 kW / 0,95 = 5.263 kVA

Een voorlopige technische beoordeling kan derhalve transformatorvermogens boven dit berekende schijnbare vermogen in overweging nemen, onder voorbehoud van de vereiste bedrijfsduur, koelomstandigheden en toepasselijke normen.

De werkelijke keuze moet echter aanvullende factoren onderzoeken.

Bijvoorbeeld, indien de installatiecontroller de totale export beperkt tot 4 MW, kan de bijbehorende transformatorbelastingsvereiste anders zijn.

Evenzo kan het opladen van de batterij extra stroomstroomscenario’s veroorzaken, afhankelijk van of energie wordt geleverd door zonnegeneratie, het elektriciteitsnet of beide.

De definitieve transformatorvermogenswaarde dient te worden vastgesteld op basis van een volledige bedrijfsmatrix die onder meer omvat:

1. Maximale gelijktijdige PV- en BESS-export.

2. Maximale toegestane netinvoer.

3. Werkingsgrenzen voor reactief vermogen.

4. Harmonische belasting.

5. Hulpbelastingen van de transformator.

6. Omgevingstemperatuur.

7. Toekomstige capaciteitsuitbreiding.

8. Toegestane overbelastingsomstandigheden.

Bij meerwikkelingstransformatoren moet elke wikkeling ook worden beoordeeld op basis van zijn individuele nominale waarde en stroomgrenzen.

Het kernbeginsel is om de transformator af te stemmen op de maximaal aannemelijke elektrische en thermische bedrijfsomstandigheden, niet eenvoudig op de som van de nominaalvermogens van de geïnstalleerde apparatuur.

10. Aangepaste PV-BESS-ophoogtransformatoroplossingen van Jiangsu Dingxin Electric

Jiangsu Dingxin Electric is een fabrikant van distributietransformatoren, vermogenstransformatoren en geprefabriceerde onderstations die internationale elektrische infrastructuurmarkten bedient.

Met meer dan 30 jaar ervaring in de transformatorindustrie biedt Dingxin productie- en toepassingsgerichte technische ondersteuning voor projecten op het gebied van hernieuwbare energie, industriële distributie en nutsvoorzieningen.

10.1 Op maat gemaakte transformatoren voor zonne-energie- en batterijopslagprojecten

PV- en BESS-toepassingen vereisen vaak andere elektrische configuraties dan conventionele commerciële distributieprojecten.

Dingxin werkt samen met klanten om projectspecifieke eisen te beoordelen, waaronder:

• Transformatorvermogens bij middenspanning.

• Aansluitingsarrangementen van PV-omvormers en BESS-PCS.

• Combinaties van primaire en secundaire spanningen.

• Één of meerdere laagspanningswikkelingen.

• Transformatorvectorgroepen.

• Impedantie-eisen.

• Selectie van isolerende vloeistof.

• Koelvoorzieningen.

• Configuraties voor buitengebouwen.

• Beschermings- en bewakingsaccessoires.

Voor projecten met 35 kV-verzamelsystemen kunnen op maat gemaakte geïntegreerde substationontwerpen worden beoordeeld op basis van de vereiste spanning, capaciteit, schakelinstallatieopstelling en installatievoorwaarden.

10.2 Technische ondersteuning voor bidirectionele stroomstroom

Betrouwbare PV-BESS-integratie vereist coördinatie tussen transformatorontwerp en systeemniveau elektrische engineering.

Tijdens het technisch specificatieonderzoek zijn belangrijke overwegingen:

Thermische beoordeling: Beoordeel belastingscycli, omgevingstemperaturen en wikkelingstemperatuurstijging.

Harmonische beoordeling: Beoordeel de harmonische gegevens van de omvormer en de PCS om te bepalen of aanvullende verliesberekeningen of ontwerpbepalingen nodig zijn.

Elektrische configuratie: Pas de wikkelspanning, impedantie, vectorgroep en aardingsregelingen aan op het hybride energiesysteem.

Compatibiliteit van beveiliging: Coördineer de transformatorbeveiligingsvereisten met de systeemrelais- en schakelregelingen.

Testen en documentatie: Stel de toepasselijke IEEE/IEC-vereisten, fabrieksacceptatiecriteria en technische documentatie vast vóór de productie.

Dingxin kan gesprekken ondersteunen over aangepaste transformatorspecificaties voor zonne-energie EPC-aannemers, ontwikkelaars van hernieuwbare energie en partners voor BESS-integratie.

De werkelijke productvermogens, naleidingsstatus, testomvang en beschikbare configuraties dienen te worden geverifieerd aan de hand van de projectspecifieke technische documentatie.

11. Veelgestelde vragen over PV-BESS-step-up-transformators

Wat is een transformator met bidirectionele stroomverdeling?

Een transformator met bidirectionele stroomverdeling is een transformator die wordt toegepast in een elektrisch systeem waar actief vermogen in beide richtingen kan stromen.

Conventionele wisselstroomtransformatoren kunnen over het algemeen vermogen in beide richtingen overbrengen, maar hybride toepassingen met hernieuwbare energie vereisen mogelijk aanvullende beoordeling van belastingscycli, harmonischen, spanningsregeling en beveiliging.

Hoe verschilt een BESS-step-uptransformator van een conventionele zonnetransformator?

Een BESS-step-uptransformator kan werken onder omstandigheden van opladen, ontladen, stand-by en ondersteuning van reactief vermogen.

In vergelijking met een conventionele zonne-energieopwekkingstoepassing kan zijn bedrijfsprofiel verschillende belastingscycli en eisen aan de stroomkwaliteit omvatten.

Het transformatorontwerp moet afgestemd zijn op de werkelijke kenmerken van de PCS en de systeembedrijfsomstandigheden.

Kan één transformator zowel PV-omvormers als BESS-PCS-apparatuur verbinden?

Ja. Een gedeelde transformatoropstelling is mogelijk als de elektrische architectuur, wikkelingsclassificaties, spanningsniveaus, beveiligingscoördinatie en thermische capaciteit adequaat zijn ontworpen.

Mogelijkheden omvatten een gemeenschappelijke laagspanningsbus of een transformatorontwerp met meerdere wikkelingen.

Veroorzaakt bidirectionele stroomdoorvoer transformatorverzadiging?

Niet op zichzelf.

Kernverzadiging hangt samen met magnetische bedrijfsomstandigheden, zoals een te hoog spanning-ten-opzichte-van-frequentie-ratio, gelijkstroombias of bepaalde transiënte omstandigheden.

De richting van de normale wisselstroomactieve-vermogensdoorvoer op zich veroorzaakt geen transformator-kernverzadiging.

Zijn K-factortransformatoren verplicht voor BESS-installaties?

Nee. Harmonische belasting dient te worden geëvalueerd aan de hand van het werkelijke PCS-stroomspectrum en de toepasselijke transformatorontwerpmethode.

Een specifieke K-factoraanduiding mag niet als standaardverplichting worden beschouwd voor elke vloeistofgekoelde BESS-transformator.

Is een OLTC vereist voor een PV-BESS-ophoogsubstation?

Niet noodzakelijkerwijs.

OLTC-vereisten zijn afhankelijk van de netspanningsomstandigheden, de reactieve-vermogenscapaciteit van de omvormer, de netregelstrategie en de projectspecificaties.

Veel installaties gebruiken uitgeschakelde tapconfiguraties in combinatie met een geschikte spanningsregeling op omvormerniveau en netniveau.

Welke normen zijn van toepassing op PV-BESS-transformatoren?

Relevante referenties omvatten IEEE C57.159, IEEE C57.12.00, IEEE C57.110, IEC 60076-1, IEC 60076-2, IEC 60076-5 en toepasselijke belastingsrichtlijnen.

Vereisten voor aansluiting op het elektriciteitsnet moeten afzonderlijk worden beoordeeld.

Hoe kan een transformatorfabrikant ondersteuning bieden bij hybride PV-BESS-projecten?

Een fabrikant kan ondersteuning bieden bij projectspecifieke transformatorselectie, wikkelconfiguratie, verliesevaluatie, isolatieontwerp, thermische prestatiebeoordeling, selectie van accessoires en documentatie van fabriekstests.

De definitieve apparatuurspecificatie dient te worden afgestemd tussen de EPC-aannemer, de PCS-leverancier, de nettechnicus en de transformatorfabrikant.

12. Conclusie: Betrouwbare engineering PV-BESS-stroominfrastructuur

Naarmate zonne-energieopwekking en batterijenergieopslag steeds meer geïntegreerd raken, evolueert de keuze van transformatoren verder dan conventionele nominale vermogens- en spanningsaftopping.

Een betrouwbare fotovoltaïsche step-upsubstation moet de bedrijfskenmerken van hybride hernieuwbare-energiesystemen ondersteunen, terwijl thermische, diëlektrische en elektrische prestaties op het juiste niveau blijven.

Belangrijke technische overwegingen zijn:

• Tweerichtingsactief en -reactief vermogensverloop.

• Variabele laad- en ontladingsprofielen.

• Kenmerken van harmonische stromen.

• Thermische belasting van de transformator en isolatieveroudering.

• Spanningsregeling en keuze van aansluitpunten (taps).

• Stroomstoten bij fouten vanuit meerdere bronnen en coördinatie van beveiliging.

• Toepasselijke IEEE/IEC-normen.

• Eisen voor langetermijnbetrouwbaarheid en onderhoud.

Voor grootschalige projecten op het gebied van hernieuwbare energie kan vroege coördinatie tussen transformatorfabrikanten, EPC-aannemers, PCS-leveranciers en nettechnici de integratierisico’s verminderen en de compatibiliteit van apparatuur verbeteren.

Vraag een op maat gemaakte PV-BESS-opspantransformator aan

Ontwerpt u een hybride zonne-energie-plus-opslagproject of werkt u een bestaande onderstation voor hernieuwbare energie bij?

Jiangsu Dingxin Electric biedt op maat gemaakte transformator- en geïntegreerde onderstationsoplossingen voor fotovoltaïsche energieopwekking, batterijenergieopslag en middenspanningskrachtverdeling.

Ons team kan uw elektrische vereisten beoordelen, inclusief transformatorvermogen, systeemspanning, wikkelconfiguratie, beveiligingsaccessoires en toepasselijke technische normen.

Neem contact op met Dingxin Electric om een projectspecifieke beoordeling van de transformatorspecificaties of een technische RFQ aan te vragen.

Website: https://www.dishinelectric.com/