Utforming av transformatorer for spenningsøkning til solcelle- og batterilagringsanlegg: håndtering av toveis effektflyt, termisk belastning og beskyttelse

Den økende integreringen av fotovoltaisk (PV) kraftproduksjon og batterienergilagringssystemer (BESS) endrer måten kraftanlegg for fornybar energi kobles til elektriske distribusjonsnett på.

I motsetning til konvensjonelle solinstallasjoner som hovedsakelig eksporterer generert elektrisitet, kan hybrid-PV-BESS-anlegg operere i flere modi: eksport av solenergi, lading av batterier fra nettet eller solgenerering, utladning av lagret energi og levering av nettstøttetjenester.

Disse endrede driftsforholdene gir nye ingeniørkrav til pV-stegopp-understasjonen og dens tilknyttede transformatorer.

Et korrekt utformet transformator for toveis effektkretsløp må kunne tilpasse seg varierende lastprofiler, opprettholde akseptabel termisk ytelse, tåle spesifiserte elektriske forstyrrelser og virke innenfor et koordinert beskyttelsessystem.

For solkraft-EPC-entreprenører, BESS-integratører, kraftverksingeniører og industrielle strømforsyningssystemdesignere er derfor transformatorvalg en avgjørende del av prosjektpålitelighet og levetidskostnadshåndtering.

Denne veiledningen undersøker de elektriske, termiske og beskyttelsesmessige utfordringene ved integrering av PV- og BESS-systemer og forklarer hvordan man spesifiserer en passende step-up-transformator for moderne hybrid-fornybare energiprosjekter.

1. Forståelse av PV-BESS-hybridkraftsystemer

1.1 Hvordan solkraft-pluss-lagring endrer kraftfordelingen

I et konvensjonelt netttilkoblet fotovoltaisk kraftverk konverterer solinvertere likestrøm fra fotovoltaiske moduler til vekselstrøm.

En step-up-transformator øker inverterens utgangsspenning til det nødvendige mellomspenningsnivået for distribusjon, for eksempel 10 kV, 20 kV eller 35 kV.

Strømmen flyter vanligvis fra solenergiutstyret mot samle- eller nettverksnettet, selv om hjelpelaster og visse driftsforhold kan føre til begrenset omvendt strøm.

Når batterilagringsenergi blir introdusert, blir den elektriske arkitekturen mer kompleks.

En hybrid PV-BESS-installasjon kan driftes i flere modi:

Driftsmodus	Energiflyt	Transformatoroverveielser
Solar generation	PV-inverter → Transformator → Nett	Kontinuerlig genereringslast
Batteriladning fra nettet	Nett → Transformator → BESS-PCS	Omvendt aktiv effektflyt
Batteri utlades	BESS PCS → Transformator → Nett	Eksportbelastning og termisk ytelse
Solcelle- og BESS-eksport	PV + BESS → Transformator → Nett	Kombinert maksimal effektutgang
Nettstøtte	Toveis aktiv/reaktiv effektskifte	Spenningsregulering og beskyttelseskoordinering
Standby	Minimal aktiv effektoverføring	Tomgangstap og hjelpeenergibehov

I AC-koblede systemer kan solcelleinvertere og batterikraftomformere (PCS) kobles til et felles AC-innsamlingsnett.

En dedikert BESS-transformator, en felles opptransformer eller flere transformerkonfigurasjoner kan brukes, avhengig av systemkapasitet og elektrisk arkitektur.

1.2 Hvorfor toveis effektflyt er viktig

En konvensjonell transformator er generelt i stand til å overføre AC-effekt i begge retninger, forutsatt at spennings-, strøm-, isolerings-, termiske og beskyttelsesgrenser respekteres.

Derfor, toveis effektflyt krever ikke i seg selv en helt annen magnetisk transformatorutforming .

Ingeniørutfordringen oppstår fra driftsforholdene knyttet til hybrid-sol- og lagringssystemer.

Dette kan inkludere:

• Gjentatte endringer mellom lading og utlading.

• Variabel belastning gjennom døgnet.

• Invertergenererte harmoniske strømmer.

• Utveksling av reaktiv effekt.

• Potensiell likestrøminjeksjon.

• Forskjellige feilstrømbidrag i ulike driftstilstander.

• Spenningsendringer over samlenettverket.

• Lange perioder med strømført standbydrift.

En solcelle-trinnopp-transformator må vurderes ut fra disse faktiske driftsforholdene, ikke bare ut fra retningen på effektflyten.

2. Termisk stress og belastningsutfordringer i BESS trinnopp-transformatorer

2.1 Termisk syklisering under ladning og utladning

Termisk ytelse er en viktig vurderingsfaktor ved valg av en BESS trinnopp-transformator .

Temperaturen i transformatorviklinger og isolerende væske avhenger hovedsakelig av elektriske tap, kjølingsforhold, omgivelsestemperatur og tidligere belastningshistorikk.

Et batterilagringsanlegg kan oppleve flere lade- og utladingsperioder innen én enkelt dag.

For eksempel kan et batterisystem lades under høy solgenerering, utlades under kveldspissen og levere tilleggsnettjenester under mellomperioder.

Selv om omvendt effektflyt i seg selv ikke forårsaker ekstra oppvarming ved samme RMS-strøm, kan hyppige endringer i strømstørrelsen føre til gjentatte oppvarmings- og avkjølings-sykluser.

Disse syklusene kan påvirke:

• Viklingens varmeste punkt.

• Isolasjonsaldringshastighet.

• Termisk utvidelse og kontraksjon.

• Mekanisk belastning av viklingsstøttestrukturer.

• Langsiktig olje- og isolasjonskvalitet.

Den resulterende temperaturvariasjonen avhenger av belastningsvarighet og transformatorens termiske tidskonstanter.

Derfor bør transformatorstørrelsen ta hensyn til hele driftsprofilen, ikke bare den nominelle PCS-effektraten.

2.2 Vurdering av transformatorens varmeste punkt

Levetiden til transformatorisoleringen påvirkes sterkt av temperaturen på viklingens varmeste punkt.

For oljeiserte transformatorer kan den omtrentlige temperaturen på det varmeste punktet uttrykkes som:

θH = θA + ΔθTO + ΔθH

Hvor:

• θH: Viklingens varmeste punkt.

• θA: Omgivelserstemperatur.

• δθTO: Temperaturstigning i toppoljen over omgivelsestemperaturen.

• δθH: Vindingsens varmeste punkt-gradient over oljetemperaturen på toppen.

Den faktiske temperaturstigningen varierer med belastning, kjølingssystem, transformatorgeometri og driftshistorikk.

Ingeniører bør vurdere belastningen ved hjelp av gjeldende retningslinjer, som for eksempel IEEE C57.91 eller IEC 60076-7, avhengig av prosjektspesifikasjonen.

For BESS-installasjoner kan en representativ tidsseriebelastningsprofil hjelpe med å identifisere termiske risikoer som ikke kommer frem i en enkel navneplateskapasitetsberegning.

2.3 DC-strøminjeksjon og kjernemetning

Kraftelektroniske konvertere kan innføre små likestrømkomponenter i sin vekselstrøm-utgang under visse forhold.

For stor likestrøminjeksjon kan skape magnetisk forskyvning i en transformator-kjerne, noe som potensielt kan føre til:

• Økt magnetiseringsstrøm.

• Kjernemetning.

• Tilleggsutslipp av spredt effekt.

• Lokal oppvarming.

• Økt akustisk støy.

• Uvanlig vibrasjon.

Imidlertid inneholder godt designede netttilkoblede invertere og PCS-utstyr styrings- og beskyttelsesfunksjoner som er beregnet på å begrense likestrøminjeksjon.

Likestrømforskyvning bør vurderes som et krav til strømkvalitet og utstyrskompatibilitet, ikke som en uunngåelig konsekvens av toveisdrift.

Transformatorprodusenter bør be PCS-produsenten om de angitte grensene for likestrøminjeksjon ved vurdering av kompatibilitet.

3. Harmonisk forvrengning og Transformer Tap i hybrid PV-BESS-systemer

3.1 Hvorfor kraftelektroniske konvertere er viktige

Solcelleomformere og batteri-PCS-utstyr bruker halvlederswitching og kontrollalgoritmer for å konvertere elektrisk energi.

Disse konverteringsprosessene kan innføre harmoniske strømkomponenter.

Avhengig av omformerens topologi, switche-frekvens, kontrollstrategi og filtrering kan relevante harmoniske komponenter inkludere den 5. og 7. harmoniske samt den 11. og 13. harmoniske, samt komponenter med høyere frekvens.

Det faktiske harmoniske spekteret må hentes fra utstyrsprodusenten eller en egnet kvalitetsstudie av strømforsyningen.

Harmoniske strømmer kan øke:

• Viklingseddystrømtap.

• Spredt tap i strukturelle komponenter.

• Ekstra oppvarming av ledere.

• Total termisk belastning på transformatorer.

• Potensiell elektrisk spenningspåkjenning knyttet til resonans i det større systemet.

Fordi virvelstrømstap knyttet til harmoniske er frekvensavhengige, kan vurdering av bare grunnfrekvensens RMS-strøm underestimere visse tapbidrag.

3.2 Krever BESS-transformatorer K-faktorvurderinger?

K-faktor brukes vanligvis til å beskrive en transformators evne til å håndtere spesifiserte ikke-lineære belastningsegenskaper, særlig i visse tørre transformatorapplikasjoner.

Valg av en vilkårlig K-4-, K-9- eller K-13-vurdering er imidlertid ikke et universelt krav for væskefylte sol- og energilagringstegnopptransformatorer.

For mellomspenningsvæskefylte transformatorer er en mer hensiktsmessig ingeniørmessig tilnærming å vurdere det forventede harmoniske spekteret og de resulterende ekstra tapene.

IEEE C57.110 gir metoder som er relevante for vurdering av transformatorers kapasitet under ikke-sinusformede belastningsstrømforhold innenfor dens definerte omfang.

Anbefalte ingeniørmessige trinn inkluderer:

1. Få tak i harmoniske strømdata fra PV-inverteren og BESS-PCS-en.

2. Vurder forventede driftsforhold både i lade- og utlademodus.

3. Beregn tilleggs-viklings- og spredningstap der det er relevant.

4. Verifiser temperaturstigning i viklingene og isolasjonsbelastning.

5. Avgjør om spesiell viklingskonstruksjon, ekstra kjøling eller nedjustering av effekt er nødvendig.

Denne applikasjonsspesifikke tilnærmingen hjelper med å unngå unødvendig overdimensjonering av transformatorer samtidig som langsiktig ytelse beskyttes.

3.3 Redusere termisk stress knyttet til harmoniske

Avhengig av inverterens egenskaper og prosjektkrav kan transformator-tekniske alternativer inkludere:

• Optimal konstruksjon av viklingsledere.

• Passende ledertransposisjon eller viklingsanordning.

• Ekstra termisk reserve.

• Forbedret kjølingsevne.

• Tapsvurdering under spesifisert harmonisk belastning.

• Sammensatt filtrering på inverternivå eller systemnivå.

Harmonisk filtrering er vanligvis en ingeniørbeslutning på systemnivå som involverer leverandøren av PCS, EPC-entreprenøren og designeren av nettkoblingen.

Transformatorutforming alene kan ikke løse alle harmoniske problemer i et hybridkraftverk.

4. Spenningsregulering og valg av tappebryter for toveis effektflyt

4.1 Spenningsstigning og spenningsfall i hybride systemer

Transformatoranslutningsspenningen avhenger av retning og størrelse på aktiv og reaktiv effekt, transformatorimpedansen og egenskapene til det tilkoblede nettverket.

Under PV-generering eller BESS-utladning kan effekteksportering føre til spenningsstigning ved visse tilkoblingspunkter.

Ved nettlading kan innført effekt føre til spenningsfall.

Imidlertid avhenger den faktiske spenningsresponsen også av reaktiv effektkontroll, systemimpedans, spenningsregulering oppstrøms og nettverksdriftsforhold.

I hybrid PV-BESS-anlegg må spenningsregulering derfor koordineres mellom omformer, transformator og nettilkoblingssystem.

4.2 Avkoplet tappebryter kontra belastet tappebryter

To vanlige tappebryteranordninger brukes i krafttransformatorer.

Avkoplet tappebryter (DETC)

En avkoplet tappebryter tillater justering av transformatorens vindingstallforhold bare når transformator er trygt avkoplet i henhold til produsentens instruksjoner.

Fordeler inkluderer:

• Relativt enkel konstruksjon.

• Lavere innledende kostnad.

• Redusert mekanisk kompleksitet.

• Egnethet der driftsspenningsvariasjoner kan håndteres av annet utstyr.

Lastvirkende trinnvandler (OLTC)

En OLTC lar tilpasse tapninger mens transformatorer fortsatt er strømførende og belastet, gitt deres konstruksjon og driftsgrensar.

OLTC-systemer kan vere hensiktsmessige der nettspenningsforholda krev aktiv justering av transformatorforholdet.

Ein OLTC er likevel ikkje automatisk påkravd berre fordi BESS-en lader og utlader ofte.

Moderne inverterbaserte ressursar kan levere spennings- og reaktiv-effektkontroll innanfor sine moglegheiter og nettregelkrava.

Ofte tapoperasjonar kan også medføre ekstra vedlikehaldskrav.

Ingeniør-anbefaling: Vurder inverterens Volt-VAR-moglegheiter, regulering på mellomspenning, krav til netttilkopling og venta frekvens av tapoperasjonar før OLTC-utstyr blir spesifisert.

5. Å velje riktig fotovoltaisk opptransformeringsunderstasjonarkitektur

5.1 Integrerte PV-BESS opptransformeringsunderstasjonar

ApV-stegopp-understasjonen kombinerer det elektriske utstyret som trengst for å kople lavspenningsutstyr for fornybar energi til eit mellomspenningsinnsamlingsnett.

Avhengig av designet kan en integrert transformatorstasjon inkludere:

• Opptransformerende distribusjonstransformator.

• Mellomspenningsbryterutstyr eller ringhovedenhet (RMU).

• Lavspenningsinnkommende bryterutstyr.

• Beskyttelses- og styringsutstyr.

• Måleutstyr.

• Overspenningsbeskyttelse.

• Hjelpeelektriske systemer.

• Overvåknings- og kommunikasjonsgrensesnitt.

En integrert løsning kan redusere antallet separate feltmonterte komponenter og forenkle utstyrsoppsettet.

Mulige prosjektfordeler inkluderer redusert arealbehov på stedet, fabrikkintegrerte tilkoblinger, forbedret utstyrskoordinering og forenklet installasjonsplanlegging.

Likevel avhenger den endelige installasjonsplanen av sivile arbeider, godkjenning fra nettverksselskapet, stedstester og det totale byggeprogrammet.

5.2 Integrert transformatorstasjon versus modulær utstyrsoppstilling

Valgfaktor	Integrert transformatorstasjon	Modulær utstyrsoppstilling
Utstyllingsoppsett	Fabrikkintegrert pakke	Separate transformator- og bryterutstyrsenheter
Stedsareal	Potensielt kompakt	Avhenger av utstyrsavstand
Fabrikksintegrasjon	Høyere grad av formontering	Mer feltkoordinering kan være nødvendig
Vedlikeholdsadgang	Må integreres i kabinettkonstruksjonen	Kan gi større utstyrsavstand
Framtidsutvidelse	Avhenger av pakkekonstruksjonen	Tilbyr ofte større fleksibilitet i plasseringen
Typisk Anvendelse	Solceller/BESS-moduler og kompakte nettsteder	Større eller mer komplekse transformatorstasjoner

For hybridanlegg i nettstørrelse bør utstyrsarkitekturen velges basert på vedlikeholdbarhet, utvidelseskrav, elektriske avstander, sikkerhet og totalt installert kostnad.

5.3 Transformator med dobbelt lavspenningsvikling

Noen PV-BESS-anlegg bruker transformatorer med separate lavspenningsviklinger for solcelleomformer og batteri-PCS.

Denne konfigurasjonen kan gi separate elektriske grensesnitt for de to konvertersystemene, samtidig som de deler en felles mellomspenningsforbindelse.

Mulige fordeler inkluderer:

• Uavhengige lavspenningsforbindelsesarrangementer.

• Større fleksibilitet ved valg av viklingspenning.

• Redusert behov for visse eksterne AC-kombineringsutstyr.

• Impedans- og jordingsdesign tilpasset spesifikke anvendelser.

Separate viklinger gir imidlertid ikke fullstendig elektrisk isolasjon mellom tilkoblede systemer under alle driftsforhold.

Feilstrømmer, viklingskopling, spenningstransienter og beskyttelseskoordinering må vurderes ved hjelp av transformatorens ekvivalentskjema med flere viklinger.

En dobbeltsekundærkonstruksjon bør derfor spesifiseres basert på nødvendige effektratinger, viklingspenninger, vektorgruppe, impedanser og kortslutningsegenskaper.

6. Transformer Beskyttelse for toveis PV-BESS-drift

6.1 Retningssensitiv overstrømsbeskyttelse

Tradisjonell distribusjonsbeskyttelse kan bygge på antakelsen om at feilstrøm hovedsakelig flyter fra netttilførselen mot tilkoblede laster.

Hybride PV-BESS-systemer kan introdusere ulike veier for feilstrømbidrag, avhengig av driftsmodus, inverterstyring og netttopologi.

Retningsbestemte overstrømsfunksjoner som ANSI 67 og 67N kan være passende der feilretning må skilles fra hverandre.

Andre beskyttelsesfunksjoner kan inkludere:

ANSI-funksjon	Beskyttelsesfunksjon	Anvendelsesoverveging
50/51	Momentan/tidsbestemt overstrøm	Fasefeilbeskyttelse
50N/51N	Jordoverstrøm	Jordfeildeteksjon
67/67N	Retningsbestemt overstrømsbeskyttelse	Feilgjenkjenning ved flere strømkilder
87T	Transformerdifferensial	Oppdagelse av interne transformatorfeil
49	Varmetilskyting	Overvåking av termisk overbelastning
27/59	Undervolt/overvolt	Unormale spenningsforhold
81U/81O	Underfrekvens/overfrekvens	Nettfrekvensforstyrrelser

Valg av beskyttelse avhenger av transformatorstørrelse, jordingskonfigurasjon, nettregelkrav og anleggsarkitektur.

Retningsbestemt beskyttelse bør ikke spesifiseres bare fordi aktiv effekt kan reversere; dens nødvendighet må fastsettes gjennom en beskyttelseskoordineringsstudie.

6.2 Overspenningsbeskyttelse og isolasjonskoordinering

Solcelle- og BESS-anlegg kan oppleve lyninduserte overspenninger, brytertransienter og spenningsforstyrrelser.

Transformatorisolasjonssystemer må koordineres med den forventede elektriske omgivelsen.

Viktige parametere inkluderer:

• Høyeste spenning for utstyr.

• Lynimpulsbestandighetsnivå.

• Vekselspenningsdielektrisk bestandighet.

• Overspenningsavlederens verdiangivelser.

• Jordingsarrangementer.

• Kableisolasjonens egenskaper.

• Bryteoverspenningstilstander.

Metall-oksidskjermere kan inkluderes i henhold til kravene til systemets isolasjonskoordinering.

Valget av disse skal ta hensyn til jordingsystemet, maksimal kontinuerlig driftsspenning, midlertidige overspenningstilstander og den forventede overspenningsmiljøet.

6.3 Transformatorovervåking og SCADA-integrasjon

Større PV-BESS-anlegg inkluderer ofte sentraliserte overvåknings-, styrings- og datainnsamlingssystemer (SCADA).

Avhengig av transformatorutformingen og prosjektkravene kan overvåkingen omfatte:

• Olivæske temperatur ved tanktoppen.

• Viklings temperaturindikasjon eller -estimering.

• Væskenivå.

• Status for trykkavlastningsanordning.

• Beskyttelse mot gassakkumulering der det er relevant.

• Tilstanden til kjølesystemet.

• Alarm- og utløsningskontakter.

Buchholz-reléer er vanligvis assosiert med passende konserveratortype væskeimmerserte transformatorer, ikke med alle forsegla distribusjonstransformatorer.

Overvåkningsdata kan kobles til anleggsnivå SCADA- eller energistyringssystemer via en passende kontrollgrensesnitt.

En slik integrasjon kan støtte tilstandsovervåkning, vedlikeholdsplanlegging og operativ gjennomsikt.

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

Internasjonale fornybare-energiprosjekter må oppfylle gjeldende transformatorstandarder og lokale netttilkoblingskrav.

Følgende standarder gir relevante tekniske referanser.

Standard	Omfang	Relevans for PV-BESS-prosjekter
IEEE C57.159	Veiledning for transformatorer i distribuerte fotovoltaiske kraftsystemer	Bruksveiledning for transformatorer til PV-invertere
IEEE C57.12.00	Generelle krav til væskeimpregnerte transformatorer	Transformatorbygging og ytelse
IEEE C57.110	Transformatorytelse under ikke-sinusformede laststrømmer	Vurdering av harmonisk tap og belastning
IEEE C57.91	Belastning av transformatorer med mineralolje	Termisk ytelse og isoleringens aldring
IEC 60076-1	Generelle krav til krafttransformatorer	Nominelle verdier og generelle spesifikasjoner
IEC 60076-2	Temperaturstigning for væskeimmerserte transformatorer	Termiske tester og grenseverdier
IEC 60076-5	Evne til å tåle kortslutning	Krav til kortslutningstålighet
IEC 60076-7	Lasteveiledning for transformatorer med mineralolje	Lastsyklusvurdering
IEC 60076-16	Transformatorer for vindturbinapplikasjoner	Hovedsakelig relevant for vindturbiners oppgraderte transformatorer
IEEE 1547	Tilkobling av distribuerte energikilder	Krav til DER-nettgrensesnitt innenfor dens omfang

IEC/IEEE 60076-16 er spesielt utviklet for transformatorer i vindturbiner med spenningsøkning. Den bør ikke presenteres som en dedikert standard for PV-BESS-transformatorer.

Tilsvarende gir IEEE C57.159 veiledning for transformatorer i distribuerte solcelleanlegg, men erstatter ikke generelle standarder for transformatorutforming, testing og netttilkobling.

For hybridinstallasjoner bør ingeniører spesifisere de gjeldende kravene separat og bekrefte om bestemte bestemmelser er relevante for den valgte transformatorkonfigurasjonen.

8. Valg av isolerende væsker for solcelle- og BESS-transformatorer

Valg av isolerende væske påvirker dielektrisk ytelse, varmeoverføring, brannbeskyttelse og miljøhensyn.

8.1 Transformatorer med mineralolje

Mineralolje er fortsatt et vanlig isolerings- og kjølemedium for væskeimmerserte transformatorer.

Fordelene inkluderer etablerte produksjonsmetoder, bred tilgjengelighet, dokumentert driftserfaring og generelt konkurransedyktige innledende kostnader.

8.2 Naturlige esterisolervæsker

Naturlige estervæsker vurderes i økende grad for installasjoner der brannsikkerhet og miljøytelse er viktige.

I forhold til konvensjonell mineralbasert isolerolje tilbyr egnet naturlig estervæske vanligvis:

• Høyere brennpunkter.

• Gunstige biologiske nedbrytningskarakteristika.

• Annet fuktstyringsoppførsel.

• Mulige fordeler i utvalgte brannfølsomme anvendelser.

Noen kommersielle naturlige estervæsker har brennpunkter over 300 °C.

Væsken som velges, må imidlertid være kompatibel med transformatorens isolasjonssystem, tetninger, kjøleanordning og vedlikeholdsprosedyrer.

Valg av væske bør også ta hensyn til gjeldende brannbeskyttelsesforskrifter, innholdskrav og prosjektets miljøspesifikasjoner.

Verken naturlig estervæske eller mineralolje bør velges utelukkende på grunnlag av én enkelt ytelsesegenskap.

9. Praktisk transformatorstørrelse for et hybrid-PV-BESS-prosjekt

Tenk på en illustrativ hybridinstallasjon med følgende designparametere:

• PV-inverterkapasitet: 3 MW.

• BESS-PCS utladningskapasitet: 2 MW.

• BESS-PCS ladekapasitet: 2 MW.

• Mellomspenningsinnsamlingsanlegg: 35 kV.

• Vanlig AC-innsamlingsoppsett.

Hvis kontrollsystemet tillater at PV- og BESS-anleggene eksporterer samtidig med maksimal aktiv effekt, kan den kombinerte effekten nå:

3 MW + 2 MW = 5 MW

Ved en antatt effektfaktor på 0,95 er den omtrentlige tilsynelatende effektkravet:

S = P / PF

S = 5 000 kW / 0,95 = 5 263 kVA

En foreløpig teknisk vurdering kan derfor vurdere transformatorer med nominell effekt over denne beregnede tilsynelatende effekten, avhengig av nødvendig driftsbelastning, kjølingsforhold og gjeldende standarder.

Den endelige valget må imidlertid ta hensyn til flere faktorer.

For eksempel kan kravet til transformatorbelastning være annerledes hvis anleggsstyringen begrenser total eksport til 4 MW.

Tilsvarende kan batteriladning skape ekstra strømflyt-scenarier, avhengig av om energi leveres fra solkraftproduksjon, nettet eller begge deler.

Den endelige transformatornominelleffekten skal fastsettes ut fra en fullstendig driftsmatrise som inkluderer:

1. Maksimal samtidig PV- og BESS-eksport.

2. Maksimal tillatt strømtilførsel fra nettet.

3. Driftsgrenser for reaktiv effekt.

4. Harmonisk belastning.

5. Transformatorers hjelpebelastninger.

6. Omgivelserstemperatur.

7. Fremtidig kapasitetsutvidelse.

8. Tillatte overlastforhold.

For transformatorer med flere viklinger må hver vikling også vurderes i forhold til sin egen nominelle kapasitet og strømgrenser.

Nøkkelprinsippet er å dimensjonere transformatorn for de maksimale troverdige elektriske og termiske driftsforholdene, ikke bare summen av navneskiltverdiene for installert utstyr.

10. Jiangsu Dingxin Electrics egendefinerte PV-BESS-transformatorløsninger for spenningsheving

Jiangsu Dingxin Electric er en produsent av distribusjonstransformatorer, krafttransformatorer og ferdigmonterte transformatorstasjoner som betjener internasjonale markedene for elektrisk infrastruktur.

Med mer enn 30 års erfaring fra transformatorindustrien tilbyr Dingxin produksjons- og anvendelsesorientert ingeniørstøtte for fornybar energi, industriell distribusjon og kraftforsyningsprosjekter.

10.1 Tilpassede transformatorer for solcelle- og batterilagringsprosjekter

PV- og BESS-applikasjoner krever ofte andre elektriske konfigurasjoner enn konvensjonelle kommersielle distribusjonsprosjekter.

Dingxin samarbeider med kunder om å vurdere prosjektspecifikke krav som omfatter:

• Transformatorer for mellomspenning med spesifiserte ytelsesdata.

• Tilkoblingsarrangementer for PV-invertere og BESS-PCS.

• Kombinasjoner av primær- og sekundærspenning.

• Én eller flere lavspenningsviklinger.

• Transformatorers vektorggrupper.

• Krav til impedans.

• Valg av isolerende væske.

• Kjøleanordninger.

• Konfigurasjoner av utendørskapsler.

• Tilbehør for beskyttelse og overvåking.

For prosjekter med 35 kV-samlesystemer kan tilpassede integrerte transformatorstasjonsdesigner vurderes basert på nødvendig spenning, kapasitet, bryteranordning og installasjonsforhold.

10.2 Ingeniørstøtte for toveis effektflyt

Pålitelig PV-BESS-integrasjon krever samordning mellom transformatorutforming og systemnivå elektrisk ingeniørfag.

Under gjennomgang av tekniske spesifikasjoner er viktige hensyn:

Termisk vurdering: Vurder belastningscykler, omgivelsestemperaturer og viklingstemperaturstigning.

Harmonisk vurdering: Gjennomgå inverter- og PCS-harmoniske data for å avgjøre om ytterligere tapberegninger eller konstruksjonsforanstaltninger er nødvendige.

Elektrisk konfigurasjon: Tilpass wiklingspenning, impedans, vektorgruppe og jordingsarrangementer til hybridkraftsystemet.

Beskyttelseskompatibilitet: Koordiner transformatorbeskyttelseskrav med systemreléering og bryterarrangementer.

Testing og dokumentasjon: Fastsett gjeldende IEEE/IEC-krav, fabrikksgodkjenningskriterier og teknisk dokumentasjon før produksjon.

Dingxin kan støtte samtaler om tilpassede transformatorspesifikasjoner for solkraft-EPC-entreprenører, fornybar-energiutviklere og BESS-integreringspartnere.

Faktiske produktklassinger, overholdelsesstatus, testomfang og tilgjengelige konfigurasjoner må bekreftes mot prosjektspecifikk teknisk dokumentasjon.

11. Ofte stilte spørsmål om PV-BESS-step-up-transformatorer

Hva er en transformator med toveis effektflyt?

En transformator med toveis effektflyt er en transformator som brukes i et elektrisk anlegg der aktiv effekt kan flyte i begge retninger.

Konvensjonelle vekselspennings-transformatorer kan generelt overføre effekt i begge retninger, men hybridanvendelser av fornybar energi krever kanskje ytterligere vurdering av belastningscykler, harmoniske svingninger, spenningsregulering og beskyttelse.

Hvordan skiller en BESS-step-up-transformator seg fra en konvensjonell soltransformator?

En BESS-step-up-transformator kan virke under lade-, utlade-, standby- og reaktiv effektsupport-betingelser.

I forhold til en konvensjonell solkraftgenereringsapplikasjon kan dens driftsprofil innebära ulike belastningscykler og krav til kvaliteten på strømmen.

Transformatorutformingen bør tilpasses de faktiske egenskapene til PCS-en og systemets driftsbetingelser.

Kan én transformator koble til både PV-invertere og BESS-PCS-utstyr?

Ja. En felles transformatoroppsett kan være mulig hvis den elektriske arkitekturen, viklingsklassene, spenningsnivåene, beskyttelseskoordineringen og termiske kapasiteten er riktig dimensjonert.

Muligheter inkluderer en felles lavspenningsbus eller et transformatoroppsett med flere viklinger.

Fører toveis effektflyt til transformatormetallkjerne-saturering?

Ikke på egen hånd.

Kjernesaturering er knyttet til magnetiske driftsforhold, som for høyt spennings-til-frekvens-forhold, likestrømforskyvning (DC bias) eller visse transiente forhold.

Retningen på normal vekselstrømsaktiv effektflyt alene fører ikke i seg selv til transformatormetallkjerne-saturering.

Er K-faktortransformatorer obligatoriske for BESS-installasjoner?

Nei. Belastning fra harmoniske bølger bør vurderes ved hjelp av den faktiske PCS-strømspektret og den gjeldende transformatorutleggingsmetoden.

En spesifikk K-faktorbetegnelse bør ikke antas å være obligatorisk for hver enkelt væskeimmersert BESS-transformator.

Er en OLTC nødvendig for en PV-BESS oppgradert understasjon?

Ikke nødvendigvis.

OLTC-krav avhenger av nettspenningsforhold, inverterens reaktive effektkapasitet, nettreguleringsstrategi og prosjektspesifikasjoner.

Mange installasjoner bruker utkoblede tappeinnstillinger i kombinasjon med passende inverter- og nettspenningsregulering.

Hvilke standarder gjelder transformatorer for PV-BESS?

Relevante referanser kan inkludere IEEE C57.159, IEEE C57.12.00, IEEE C57.110, IEC 60076-1, IEC 60076-2, IEC 60076-5 og gjeldende lasteguider.

Krav til nettkobling må vurderes separat.

Hvordan kan en transformatorprodusent støtte hybrid-PV-BESS-prosjekter?

En produsent kan støtte prosjektspesifikk transformatorvalg, viklingskonfigurasjon, tapsvurdering, isolasjonsdesign, termisk ytelsesvurdering, tilbehørsvalg og dokumentasjon av fabrikksprøving.

Den endelige utstyrsbeskrivelsen bør koordineres mellom EPC-entreprenøren, PCS-leverandøren, nettteknikeren og transformatorprodusenten.

12. Konklusjon: Teknisk pålitelig PV-BESS-strømforsyningsinfrastruktur

Ettersom solkraftgenerering og batterilagringsystemer blir stadig mer integrerte, utvikler valget av transformatorer seg utover konvensjonell navneskiltkapasitet og spenningsmatchning.

Pålitelig pV-stegopp-understasjonen må støtte driftsegenskapene til hybrid fornybare energisystemer samtidig som passende termisk, dielektrisk og elektrisk ytelse opprettholdes.

Viktige ingeniørhensyn inkluderer:

• Toveis aktiv og reaktiv effektstrøm.

• Variable lade- og utladeprofiler.

• Harmoniske strømmer.

• Transformatorers termiske belastning og isolerasjonsaldring.

• Spenningsregulering og tapvelger.

• Feilstrøm fra flere kilder og beskyttelseskoordinering.

• Gyldige IEEE/IEC-standarder.

• Krav til langvarig pålitelighet og vedlikehold.

For store fornybare-energiprosjekter kan tidlig samordning mellom transformatorprodusenter, EPC-entreprenører, PCS-leverandører og nettteknikere redusere integreringsrisikoer og forbedre utstyrets kompatibilitet.

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

Designer du et hybrid-solpluss-lagringsprosjekt eller oppgraderer du en eksisterende fornybar-energi-understasjon?

Jiangsu Dingxin Electric tilbyr tilpassede transformator- og integrerte understasjonsløsninger for fotovoltaisk kraftproduksjon, batterilagringsenergi og mellomspenningskraftfordeling.

Vårt team kan gjennomgå dine elektriske krav, inkludert transformatorkapasitet, systemspenning, viklingskonfigurasjon, beskyttelsestilbehør og gjeldende ingeniørstandarder.

Kontakt Dingxin Electric for å be om en prosjektspesifikk gjennomgang av transformatorspesifikasjoner eller teknisk RFQ.

Nettstad: https://www.dishinelectric.com/