Transformatoare de distribuție pentru energie solară, sisteme de stocare a energiei (BESS) și flux de putere bidirecțional

Rețelele tradiționale de distribuție au fost proiectate în mare parte pe baza unui model simplu de flux de putere: electricitatea circula de la rețeaua furnizorului prin intermediul unui transformator către consumatorul final. Creșterea rapidă a panourilor fotovoltaice (PV), sistemelor de stocare a energiei cu baterii (BESS), microrețelelor și sarcinilor flexibile schimbă acest model.

Un transformator modern de distribuție poate necesita sprijinirea fluxului de putere în mai mult de o direcție. În perioadele cu generare solară ridicată, electricitatea poate circula de la sistemul fotovoltaic către rețea. Un sistem de stocare a energiei bazat pe baterii (BESS) poate prelua putere din rețea sau din sistemul solar în timpul încărcării, apoi poate exporta putere către sarcinile locale sau către rețea în timpul descărcării.

Acest ciclu de funcționare variabil creează noi considerente ingineresti pentru transformatorii de distribuție pentru energie solară , transformatorii BESS și transformatorii pentru flux bidirecțional de putere . Capacitatea transformatorului, reglarea tensiunii, impedanța, performanța termică, armonicile, protecția, monitorizarea și cerințele de interconectare cu rețeaua trebuie luate în considerare în mod integrat.

Ca producător de transformatoare și stații de transformare prefabricate, Dingxin Electric oferă soluții personalizate de transformatori pentru aplicații fotovoltaice PV, BESS, microrețele, rețele de distribuție, comerciale și industriale.

1. De la distribuția unidirecțională la fluxul bidirecțional de putere

Modelul tradițional de distribuție poate fi reprezentat astfel:

Rețea de distribuție → Transformator de distribuție → Sarcină electrică

Panourile fotovoltaice și sistemele de stocare a energiei cu baterii pot modifica această relație.

Energie solară

Când o instalație solară produce mai puțină energie decât sarcina locală:

Rețeaua electrică → Transformator → Sarcină

Când producția solară depășește consumul local:

Panouri fotovoltaice → Transformator → Rețeaua electrică

Această condiție este des descrisă ca fiind: fluxul invers de putere sau flux de putere exportată .

Încărcarea BESS

Când un sistem de stocare a energiei cu baterii se încarcă, puterea poate circula:

Rețea electrică / Panouri fotovoltaice → Transformator → BESS

Descărcare BESS

Când bateria se descarcă:

BESS → Transformator → Încărcătură locală / Rețea

Solar Hibrid + BESS

Un proiect hibrid poate combina toate aceste moduri de funcționare:

Rețea de distribuție ↔ Transformator de distribuție ↔ PV Solar / BESS / Încărcătură comercială

Aceasta înseamnă că transformatorul poate experimenta niveluri de încărcătură variabile și direcții ale fluxului de putere variabile pe parcursul zilei.

Transformatorul în sine este doar un component al sistemului. Într-un proiect complet de energie regenerabilă, configurația transformatorului trebuie coordonată cu invertorii, echipamentele PCS, tablourile electrice, sistemele de protecție, legarea la pământ, măsurarea și proiectarea interconectării cu rețeaua electrică.

2. De ce PV Solar și BESS modifică ciclurile de funcționare ale transformatorului

Încărcăturile electrice convenționale urmează adesea modele relativ previzibile. PV Solar și BESS introduc condiții de funcționare mai dinamice.

Modificările generării de energie solară pe parcursul zilei

Producția solară variază în funcție de:

• Irradianța solară

• Acoperirea cu nori

• Momentul zilei

• Sezon

• Orientarea sistemului

• Capacitatea panoului fotovoltaic

• Strategia de comandă a invertorului

Un transformator conectat la o centrală solară poate experimenta, astfel, modificări semnificative ale încărcării într-o singură zi.

Sistemul de stocare cu baterii (BESS) poate schimba modurile de funcționare

Un sistem cu baterii poate încărca sau descărca în funcție de:

• Prețurile electrice în funcție de perioada zilei

• Reducerea vârfului de consum

• Gestionarea cererii

• Optimizarea energiei regenerabile

• Servicii rețea

• Necesități de Alimentare de Rezervă

• Instrucțiuni de repartizare de la operatorul de rețea

Transformatorul poate suferi, așadar, modificări repetate între importul și exportul de putere.

Puterea medie nu este suficientă

Selectarea transformatorului nu trebuie să se bazeze doar pe puterea medie.

Echipele de proiect ar trebui să evalueze:

• Puterea maximă de import

• Puterea maximă de export

• Încărcare continuă

• Solicitarea pe durată scurtă

• Cicluri de încărcare și descărcare

• Profilul zilnic de funcționare

• Profilul sezonier de funcționare

• Extinderea viitoare a sistemului

Transformatorul trebuie evaluat în scenariile reale de funcționare prevăzute pe întreaga durată de viață utilă.

3. Fluxul invers al puterii: Ce trebuie să evalueze echipele de proiect

Fluxul invers al puterii nu este, în mod automat, o problemă.

Aceasta devine o considerație inginerescă atunci când un sistem de distribuție a fost inițial conceput în principal pentru livrarea unidirecțională a energiei electrice și ulterior este conectat la surse semnificative de generare distribuită sau stocare.

Înainte de a alege un transformator cu flux bidirecțional al puterii , echipele de proiect trebuie să evalueze întregul sistem electric.

Cerințe privind interconectarea la rețeaua de distribuție

Utilitatea locală poate defini cerințe referitoare la:

• Capacitate maximă de export

• Reglementarea tensiunii

• Protecție

• Măsurare

• Calitatea energiei

• Configurarea transformatorului

• Îndepărtare de la teren

• Seamănă

• Studii de interconectare

Aceste cerințe trebuie confirmate înainte de finalizarea proiectului transformatorului.

Configurația prizei transformatorului

Raportul de transformare al transformatorului influențează tensiunea furnizată sistemului situat în aval.

Când puterea circulă în sens invers, comportamentul tensiunii se poate modifica, de asemenea. Priza adecvată trebuie, prin urmare, evaluată pe baza condițiilor de funcționare ale proiectului pentru import și export.

Coordonare protecție

Circulația inversă a puterii poate afecta ipotezele privind protecția.

Inginerii pot avea nevoie să revizuiască:

• Protecția direcțională

• Protecție la supracurent

• Protecție împotriva defectelor de izolație

• Setări pentru reînchizătoare

• Coordonarea siguranțelor

• Protecție anti-islanding

• Clasificări ale întrerupătoarelor

Transformatorul nu poate fi considerat separat de întregul sistem de protecție.

Clasificări ale cablurilor și echipamentelor de comutație

Curentul maxim de export poate afecta:

• Cablu de medie tensiune

• Conductori de joasă tensiune

• Echipamente de comutare

• Deconectează

• Busbars

• Echipamente de măsurare

Toate componentele trebuie verificate în raport cu curentul maxim așteptat în ambele sensuri.

4. Reglarea tensiunii și selectarea treptelor

Gestionarea tensiunii este un alt aspect important de luat în considerare pentru proiectele solare și BESS.

Creșterea tensiunii legată de energia solară

Când un sistem fotovoltaic livrează energie într-o rețea de distribuție, tensiunea poate crește de-a lungul alimentatorului, în special atunci când cererea locală este scăzută și generarea este ridicată.

Mărimea creșterii tensiunii depinde de factori precum:

• Puterea livrată

• Impedanța alimentatorului

• Impedanța transformatorului

• Lungime cablu

• Consumul local

• Configurare Rețea

• Controlul invertorului

Un transformator singur nu poate elimina toate problemele de creștere a tensiunii.

Încărcarea BESS și scăderea tensiunii

Când un sistem de stocare a energiei baterie (BESS) se încarcă la o putere ridicată, poate genera o cerere locală semnificativă.

Aceasta poate contribui la scăderea tensiunii, în funcție de:

• Putere de încărcare

• Capacitatea transformatorului

• Impedanța alimentatorului

• Lungime cablu

• Sarcina existentă

• Puterea rețelei

Reglajul prizei și controlul tensiunii

În funcție de proiect, inginerii pot evalua:

• Reglaje fixe ale prizei

• Schimbători de priză fără circuit

• Reglatoare de tensiune sub sarcină

• Regulatoare de tensiune

• Controlul tensiunii prin invertor

• Controlul puterii reactive

Strategia adecvată depinde de rețeaua de distribuție și de arhitectura proiectului.

Selectarea transformatorului trebuie, așadar, coordonată cu sistemele de comandă ale invertorilor, echipamentele de reglare a tensiunii și studiul general de interconectare, nu tratată ca o soluție izolată.

5. Armonice, calitatea energiei electrice și considerații termice

Invertorii fotovoltaici și sistemele de stocare a energiei prin baterii folosesc electronica de putere pentru a converti energia electrică între curent alternativ (AC) și curent continuu (DC).

Alte echipamente moderne — inclusiv Sisteme PCS, echipamente UPS, încărcătoare EV și variatoare de frecvență — pot, de asemenea, introduce caracteristici neliniare ale curentului.

De ce sunt importante armonicile

Curenții armonici pot contribui la:

• Încălzire suplimentară a transformatorului

• Pierderi crescută

• Eficiență redusă a echipamentelor

• Distorsiune de tensiune

• Solicitare termică crescută

Impactul real depinde de proiectarea echipamentelor, spectrul armonic, impedanța sistemului, condițiile de funcționare și standardele aplicabile.

Ce trebuie evaluat?

În funcție de proiect, inginerii pot analiza:

• Distorsiune totală armonică (THD)

• Ordine individuale ale armonicelor

• Spectrul curentului de sarcină

• Capacitatea termică a transformatorului

• Cerințe potențiale de reducere a performanței

• Specificații pentru invertor și sistem de conversie de putere (PCS)

• Factor de putere

• Cerințe privind puterea reactivă

Un transformator nu trebuie selectat exclusiv pe baza ratingului său nominal în kVA atunci când un proiect include sarcini neliniare semnificative.

Proiectul final trebuie validat în conformitate cu standardele electrice aplicabile și cu cerințele specifice proiectului privind calitatea energiei electrice.

6. Alegerea tipului potrivit de transformator pentru sisteme solare și sisteme de stocare a energiei (BESS)

Ambele transformatori de distribuție umpluți cu ulei și transformatorii de tip sec pot fi utilizați în aplicații de energie regenerabilă. Alegerea adecvată depinde de proiect.

Factorul de proiect	Transformator umplut cu ulei	Transformator de tip uscat
Aplicații utilitare în aer liber	Opțiune obișnuită	În funcție de aplicație
Proiecte de capacitate mai mare	Adesea luate în considerare	Depinde de proiectare și de condițiile de amplasament
Instalare în interior	Necesită luarea în considerare a fluidelor/incendiilor	Adesea potrivite pentru aplicații în interior
Locații sensibile la incendiu	Selectarea și conținerea fluidului pot necesita luarea în considerare	Fără lichid izolator
Expunere la mediu	Depinde de configurație	Depinde de configurație
Întreținere	Depinde de proiectarea transformatorului și de fluid	Depinde de ventilare și de mediu de funcționare
Răcire	Transferul de căldură asistat cu lichid	Răcire pe bază de aer
Selectarea finală	În funcție de tensiune, capacitate, amplasament, standarde și cost total	În funcție de tensiune, capacitate, amplasament, standarde și cost total

Transformatoare umplute cu ulei

Transformatorii umpluți cu ulei sunt utilizați pe scară largă în aplicații de distribuție pentru rețelele electrice și în exterior.

În funcție de proiect, fluidele izolante pot include ulei mineral convențional sau fluide alternative, cum ar fi cele pe bază de esteri.

Selectarea fluidului trebuie să țină cont de:

• Cerințe privind incendiile

• Condițiile de mediu

• Specificațiile furnizorului de energie

• Locul de instalare

• Strategie de întreținere

• Risc de mediu

Transformatorii de tip sec

Transformatorii uscați elimină izolația lichidă și pot fi atrăgători pentru anumite aplicații interioare, comerciale, industriale și sensibile la foc.

Totuși, transformatoarele de tip uscat necesită, de asemenea, o ventilație adecvată, o gestionare termică corespunzătoare, spațiu pentru instalare și protecție a mediului înconjurător.

Nu există un tip universal „cel mai bun” de transformator pentru proiectele solare sau pentru sistemele BESS. Alegerea trebuie să urmeze întregul design al proiectului.

Articol conex: [Transformatoare de distribuție de tip uscat versus transformatoare de distribuție cu ulei]

7. Întrebări privind proiectarea transformatoarelor pentru proiecte solare și de stocare

Înainte de a solicita un preț pentru un transformator solar sau transformator BESS , echipele de proiect ar trebui să stabilească cerințele de funcționare.

Întrebări electrice

• Care este tensiunea primară?

• Care este tensiunea secundară?

• Care este puterea nominală a transformatorului?

• Care este puterea maximă de import?

• Care este puterea maximă de export?

• Care este frecvența sistemului?

• Ce impedanță este necesară?

• Ce grup vectorial este necesar?

• Ce configurație de priză de derivare este necesară?

Întrebări privind aplicația

• Este transformatorul conectat doar la panouri fotovoltaice solare?

• Este conectat doar la sisteme de stocare a energiei (BESS)?

• Face parte dintr-un sistem hibrid PV + BESS?

• Este sistemul conectat la rețeaua electrică?

• Poate microrețeaua funcționa în mod insular?

• Va experimenta transformatorul un flux de putere bidirecțional?

• Care este ciclul zilnic prevăzut de funcționare?

Întrebări privind calitatea energiei electrice

• Există sarcini neliniare semnificative?

• Care este spectrul armonic prevăzut?

• Este necesară comanda puterii reactive?

• Este necesară reglarea tensiunii?

• Există limite specifice ale calității energiei electrice stabilite de operatorul de rețea?

Extinderea viitoare

Echipa de proiect ar trebui, de asemenea, să ia în considerare:

• Capacitate suplimentară PV

• Capacitate suplimentară BESS

• Limite superioare de export

• Noi sarcini

• Încărcare EV

• Extinderea microrețelei

• Transformatoare suplimentare

Un transformator selectat doar pentru instalarea inițială poate deveni o limitare dacă nu s-a luat în considerare extinderea viitoare.

8. Monitorizare și vizibilitate asupra activelor

Proiectele de energie regenerabilă pot funcționa cu modificări semnificative ale încărcării transformatorului pe parcursul zilei.

Monitorizarea poate furniza date operaționale utile operatorilor centralei și echipelor de întreținere.

În funcție de tipul transformatorului și de cerințele proiectului, monitorizarea poate include:

• Sarcina transformatorului

• Actual

• Tensiune

• Temperatura uleiului

• Temperatura înfășurării

• Nivelul uleiului

• Starea sistemului de răcire

• Condiții de alarmă

• Evenimente de suprasarcină

• Comunicare la distanţă

Integrare cu SCADA și EMS

Pentru proiectele solare și BESS de dimensiuni mari, monitorizarea transformatorului poate fi integrată cu:

• SCADA

• Gestionare a energiei (EMS)

• Platforme de monitorizare a centralei

• Sisteme de management al clădirilor

• Sisteme de gestionare la distanță a activelor

Aceasta poate ajuta operatorii să înțeleagă condițiile de funcționare ale transformatorului și să identifice evenimente anormale.

Monitorizarea nu elimină defecțiunile echipamentelor, dar poate sprijini întreținerea bazată pe stare și poate îmbunătăți vizibilitatea operațională.

Aceasta poate fi deosebit de utilă pentru siturile izolate de energie regenerabilă, unde inspecțiile fizice de rutină pot avea loc mai rar.

9. Cum se specifică un transformator de distribuție pentru energie solară sau BESS

O specificație tehnică clară ajută producătorul de transformatoare să înțeleagă condițiile reale de funcționare ale proiectului.

Verificare RFQ pentru transformatoarele solare și BESS

Cerință	Informații de furnizat
Loc	Locația și condițiile ambientale
Aplicație	Solar / BESS / PV + BESS / Microgrid
Capacitate	kVA sau MVA
Tensiune primară	Tensiune înaltă / medie
Tensiune secundară	Tensiune joasă sau medie
Putere de import	Puterea maximă de la rețea către proiect
Puterea livrată	Puterea maximă de la proiect către rețea
Grup vectorial	Cerință specifică proiectului
Impedanță	Procentajul necesar
Configurația întrerupătorului	Fix/în afara circuitului/sub sarcină
Răcire	Metoda de răcire necesară
Tip de Transformator	Tip uscat/cu ulei
Fluid	Ulei mineral/ester/altul, după caz
Harmonica	Sarcina neliniară așteptată și cerințele privind calitatea energiei electrice
Monitorizare	Senzorii și comunicațiile necesare
Standarde	Standardele utilitare și electrice aplicabile
Certificări	Certificările de piață/proiect necesare
Livrare	Programul necesar de fabricație și livrare

De ce este importantă capacitatea de import și export

Una dintre cele mai importante adăugări la un RFQ pentru un transformator de energie regenerabilă este puterea maximă de import și export .

O specificație convențională doar pentru sarcină poate identifica sarcina maximă, dar nu descrie cantitatea de energie pe care sistemul o poate exporta.

Pentru un sistem bidirecțional, ambele direcții trebuie incluse în studiul electric și în specificația echipamentelor.

10. Considerații privind transformatorul microrețelei

Microrețelele introduc un alt nivel de complexitate, deoarece pot funcționa atât în modul conectat la rețea, cât și în modul insular.

O microrețea poate combina:

• Alimentarea cu utilități

• Energie solară

• BESS

• Generatoare de rezervă

• Sarcini comerciale sau industriale

• Încărcare EV

• Sisteme de gestionare a energiei

În timpul funcționării conectate la rețea, transformatorul poate schimba putere cu rețeaua electrică.

În timpul funcționării izolate (islanded), schema de flux de putere poate suferi modificări semnificative.

Aceasta înseamnă că inginerii pot fi nevoiți să evalueze comportamentul transformatorului în mai multe stări de funcționare, nu doar într-o singură condiție de sarcină normală.

Principalele aspecte de luat în considerare pot include:

• Importul maxim

• Exportul maxim

• Încărcarea în regim izolat (island-mode)

• Scurtcircuit

• Îndepărtare de la teren

• Coordonare protecție

• Reglementarea tensiunii

• Controlul frecvenței

• Comanda invertorului BESS

• Interacțiunea cu generatorul

Specificația transformatorului trebuie, așadar, elaborată ca parte integrantă a proiectării electrice generale a microrețelei.

11. Cum să evaluați un producător de transformatoare pentru sisteme solare sau BESS

Pentru proiectele de energie regenerabilă, producătorul de transformatoare trebuie evaluat nu doar în funcție de disponibilitatea standard a produselor.

Echipele de proiect pot dori să analizeze următoarele aspecte ale producătorului:

• Capacitățile de inginerie ale transformatoarelor

• Capacitate de producție

• Capacități de personalizare

• Procedurile de testare în fabrică

• Managementul Calității

• Documentație tehnică

• Planificarea livrării

• Experiența în aplicații de energie regenerabilă

• Opțiunile de monitorizare și accesorii

• Asistență post-vânzare

Pentru proiectele personalizate, comunicarea timpurie cu inginerii poate contribui la rezolvarea cerințelor privind tensiunea, impedanța, grupul vectorial, răcirea, monitorizarea și carcasă, înainte de începerea fabricației.

Dingxin Soluții pentru transformatoare solare și BESS

Dingxin Electric este un producător de transformatoare și stații de transformare prefabricate, oferind soluții personalizate pentru proiecte de energie regenerabilă, rețele electrice, industriale, comerciale și de infrastructură.

Gama noastră de produse include:

• Transformatorii de distribuție

• Transformatoare de putere

• Transformatoare imerse în ulei

• Transformatorii de tip sec

• Transformatorii montați pe pod

• Posturi de transformare prefabricate

• Solusții personalizate de transformatoare

Pentru proiectele fotovoltaice solare, sistemele de stocare a energiei (BESS) și proiectele hibride de energie, Dingxin poate satisface cerințele specifice proiectului care implică capacitatea, tensiunea, impedanța, grupul vectorial, configurația prizei, răcirea, învelișul și condițiile de instalare .

Deoarece proiectele de energie regenerabilă pot funcționa cu profiluri de sarcină variabile și flux de putere bidirecțional, selecția transformatorului trebuie să se bazeze pe modelul complet de funcționare al proiectului.

Dingxin poate colabora cu contractanții EPC, dezvoltatorii, integratorii de sisteme, operatorii de rețea și proprietarii de proiecte pentru a elabora o configurație de transformator bazată pe cerințele electrice reale, nu doar pe o rată standard din cataloage.

Întrebări frecvente

Ce este un transformator de distribuție solar?

Un transformator de distribuție solar este un transformator utilizat pentru conectarea unui sistem de generare fotovoltaică la o rețea de distribuție electrică de medie tensiune sau altă rețea de distribuție. Puterea nominală și configurația sa depind de capacitatea PV, nivelurile de tensiune, cerințele de export, proiectarea interconexiunii și standardele aplicabile.

Ce este un transformator BESS?

Un transformator BESS conectează un sistem de stocare a energiei pe bază de baterii și echipamentele sale de conversie a puterii la o rețea electrică de distribuție sau de transport. În funcție de configurația sistemului, transformatorul poate necesita suportul fluxului de putere atât în regim de încărcare, cât și în regim de descărcare.

Poate un transformator gestiona fluxul bidirecțional de putere?

Un transformator poate fi proiectat și specificat pentru sisteme cu flux bidirecțional de putere, dar adecvarea sa trebuie evaluată ca parte integrantă a întregului sistem electric. Trebuie luate în considerare toate cerințele legate de protecție, reglarea tensiunii, încărcarea termică, impedanță, legarea la pământ și interconectarea cu rețeaua furnizorului.

Poate genera energia solară un flux invers de putere?

Panourile fotovoltaice solare pot genera un flux invers de putere atunci când producția depășește cererea locală de energie electrică și excesul de putere este exportat către rețeaua de distribuție situată în amonte. Producerea acestui fenomen depinde de sarcina sistemului, de capacitatea PV, de stocarea energetică și de controalele de export.

Modifică BESS încărcarea transformatorului?

Da. Un sistem de stocare a energiei bazat pe baterii (BESS) poate crește încărcarea transformatorului în timpul încărcării și poate exporta putere în timpul descărcării. Transformatorul trebuie, așadar, evaluat pe baza profilului așteptat de încărcare și descărcare, nu doar pe baza încărcării medii.

Sistemele fotovoltaice și sistemele BESS generează armonici?

Echipamentele electronice de putere, cum ar fi invertorii fotovoltaici și convertizoarele de putere pentru BESS (PCS), pot introduce curenți armonici. Performanța reală privind armonicile depinde de echipament și de proiectarea sistemului; inginerii trebuie, prin urmare, să evalueze spectrul armonic așteptat și cerințele aplicabile privind calitatea energiei electrice.

Poate Dingxin personaliza transformatoarele fotovoltaice și BESS?

Da. Dingxin oferă soluții personalizate de transformatoare și stații de transformare prefabricate, adaptate la cerințele specifice ale proiectului referitoare la tensiune, capacitate, impedanță, grup vectorial, prize de reglaj, răcire, monitorizare, carcasă și alte parametri.

Planificați un proiect energetic fotovoltaic, cu BESS sau hibrid?

Un transformator pentru energie regenerabilă trebuie proiectat în jurul parametrilor proiectului puterea maximă de import, puterea maximă de export, profilul de sarcină, cerințele de tensiune, calitatea energiei electrice, strategia de protecție și planurile de extindere viitoare .

Trimiteți lui Dingxin diagrama unifilară, tensiunile primare și secundare, capacitatea transformatorului, puterea maximă de import/export, profilul de funcționare și cerințele de interconectare cu rețeaua electrică. Echipa noastră de ingineri poate analiza aplicația și poate recomanda o configurație personalizată a transformatorului.

Solicitați astăzi o ofertă tehnică de la Dingxin pentru proiectul dumneavoastră de energie solară, BESS, microrețea sau cu flux bidirecțional de putere.

Dingxin Electric — Soluții personalizate de transformatoare și stații de transformare prefabricate pentru proiecte de energie regenerabilă.