Distributionstransformatorer för solenergi, batterilagringssystem (BESS) och tvåvägspowerflöde

Traditionella fördelningsnät var till stor del utformade kring en enkel effektföringsmodell: el flyttades från elnätet via en transformator till slutanvändaren. Den snabba tillväxten av sol-PV, batterilagringsystem (BESS), mikronät och flexibla laster förändrar den här modellen.

En modern distributionstransformator kan behöva stödja effektflöde i fler än en riktning. Under perioder med hög solgenerering kan el flytta sig från PV-systemet mot nätet. Ett BESS kan dra effekt från nätet eller solsystemet vid laddning och sedan exportera effekt till lokala laster eller nätet vid urladdning.

Denna förändrade driftscykel skapar nya ingenjörsmässiga överväganden för solenergidistributionstransformatorer , BESS-transformatorer och transformatorer för tvåriktat effektflöde . Transformatorns kapacitet, spänningsreglering, impedans, termiska prestanda, harmoniska, skydd, övervakning och krav på anslutning till elnätet måste alla övervägas tillsammans.

Som tillverkare av transformatorer och färdigmonterade understationer Dingxin Electric erbjuder anpassade transformatorlösningar för sol-PV, BESS, mikronät, elnätsoperatörer, kommersiella och industriella applikationer.

1. Från enkelriktad distribution till tvåriktat effektflöde

Den traditionella distributionsmodellen kan representeras som:

Elnät → Distributionstransformator → Elektrisk last

Solceller och batterilagring kan förändra detta förhållande.

Solenergi

När en solcellsanläggning producerar mindre el än den lokala lasten:

Elverk → Transformator → Last

När solenergiproduktionen överstiger den lokala förbrukningen:

Solceller → Transformator → Elverk

Detta tillfälle beskrivs vanligtvis som omvänd ström eller export av effektflöde .

Batterilagringssystem – laddning

När ett batterilagringssystem laddas kan effekten flöda:

Elverk / Solceller → Transformator → Batterilagringssystem

BESS urladdning

När batteriet urladdas:

BESS → transformator → lokal last / nät

Hybrid sol + BESS

Ett hybridprojekt kan kombinera alla dessa driftlägen:

Elverk ↔ distributionstransformator ↔ solceller / BESS / kommersiell last

Detta innebär att transformatorn kan utsättas för varierande lastnivåer och växlande effektriktningar under dagen.

Transformatorn i sig är endast en komponent i systemet. I ett komplett förnybart energiprojekt bör transformatorns konfiguration samordnas med växelriktare, PCS-utrustning, strömbrytarutrustning, skyddssystem, jordning, mätutrustning och anslutningsdesign till elverket.

2. Varför solceller och BESS ändrar transformatorns driftcykler

Konventionella elkonsumenter följer ofta relativt förutsägbara mönster. Solceller och BESS introducerar mer dynamiska driftförhållanden.

Solenergiproduktionen förändras under dagen

Solenergiutbytet varierar beroende på:

• Solinstrålning

• Molntäcke

• Tid på dygnet

• Säsong

• Systemets riktning

• PV-arrayens kapacitet

• Omvandlarens styrstrategi

En transformator ansluten till ett solkraftverk kan därför uppleva betydande lastförändringar inom en enda dag.

Batterilagringssystem kan ändra driftlägen

Ett batterisystem kan laddas eller urladdas beroende på:

• Elpriser beroende på tid på dygnet

• Toppskvadering

• Effekthantering

• Optimering av förnybar energi

• Nätjänster

• Krav på reservkraft

• Instruktioner för elnätsdrift

Transformatorn kan därför uppleva upprepade förändringar mellan att importera och exportera effekt.

Genomsnittlig effekt räcker inte

Transformatorval bör inte baseras enbart på genomsnittlig effekt.

Projektgrupper bör utvärdera:

• Högsta importeffekt

• Högsta exporteffekt

• Kontinuerlig belastning

• Belastning under kort tid

• Laddnings- och urladdningscykler

• Daglig driftprofil

• Säsongsmässig driftprofil

• Framtida systemutvidgning

Transformatorn måste utvärderas under de faktiska driftscenarierna som förväntas under dess livstid.

3. Omvänd effektföring: Vad projektgrupper bör utvärdera

Omvänd effektföring är inte automatiskt ett problem.

Det blir en ingenjörsfråga när ett distributionsnät ursprungligen var utformat främst för envägs effektföring och senare ansluts till betydande distribuerad generation eller lagring.

Innan du väljer en transformator för tvåvägs effektföring , bör projektgrupper utvärdera hela det elektriska systemet.

Krav för anslutning till elnätet

Den lokala elnätsoperatören kan definiera krav för:

• Maximal exportkapacitet

• Spänningsreglering

• Skydd

• Mätning

• Strömkvalitet

• Transformerkonfiguration

• Grundläggning

• Växling

• Anslutningsstudier

Dessa krav bör bekräftas innan transformatorns utformning är färdigställd.

Transformatorns tap-konfiguration

Transformatorns omsättningsförhållande påverkar spänningen som levereras till det nedströms belägna systemet.

När effekten flödar åt motsatt håll kan spänningsbeteendet också förändras. Den lämpliga tap-anordningen bör därför utvärderas utifrån projektets driftsförhållanden för import och export.

Skyddskoordination

Omvänd effektföring kan påverka skyddsantereringar.

Ingenjörer kan behöva granska:

• Riktat skydd

• Överströmskydd

• Jordfelsskydd

• Återställningsbrytarens inställningar

• Säkringskoordination

• Anti-islandskydd

• Brytarkapacitet

Transformatorn kan inte betraktas separat från det totala skyddssystemet.

Kabel- och styrutrustningskapacitet

Maximal exportström kan påverka:

• Mellanspänningskablar

• Lågspänningsledare

• Switchgear

• Kopplar från

• Strömbussar

• Mätutrustning

Alla komponenter bör kontrolleras mot den maximala förväntade strömmen i båda riktningarna.

4. Spänningsreglering och tapväljning

Spänningshantering är en annan viktig övervägande för solenergi- och BESS-projekt.

Solrelaterad spänningshöjning

När ett PV-system matar in effekt i ett distributionsnät kan spänningen öka längs fördelningsledningen, särskilt när den lokala efterfrågan är låg och produktionen hög.

Storleken på spänningshöjningen beror på faktorer inklusive:

• Export effekt

• Fördelningsledningens impedans

• Transformatorimpedans

• Kabel längd

• Lokal last

• Nätverkskonfiguration

• Omvandlarkontroller

En transformator ensam kan inte eliminera alla spänningshöjningsproblem.

BESS-laddning och spänningsfall

När en BESS laddas med hög effekt kan den skapa en betydande lokal efterfrågan.

Detta kan bidra till spänningsfall beroende på:

• Laddningskraft

• Transformerkapacitet

• Fördelningsledningens impedans

• Kabel längd

• Befintlig last

• Nätets styrka

Tap- och spänningsstyrning

Beroende på projektet kan ingenjörer utvärdera:

• Fast inställda tap-värden

• Avkopplade tap-bytare

• Belastade tap-changers

• Spänningsreglerare

• Omvandlarspänningsstyrning

• Reaktiv effektstyrning

Den lämpliga strategin beror på elnätets utformning och projektets arkitektur.

Transformatorval bör därför samordnas med omvandlarkontroller, spänningsregleringsutrustning och den totala anslutningsstudien i stället för att behandlas som en isolerad lösning.

5. Ovanfrekvenser, elkvalitet och termiska överväganden

Solkraftomvandlare och batterilagringsystem använder kraftelektronik för att omvandla elektrisk energi mellan växelström och likström.

Annan modern utrustning – inklusive PCS-system, UPS-utrustning, EV-laddare och frekvensstyrda drivsystem – kan också introducera icke-linjära strömekaraktäristiker.

Varför ovanfrekvenser är viktiga

Ovanfrekvensströmmar kan orsaka:

• Ytterligare uppvärmning av transformatorn

• Ökade förluster

• Minskad utrustningseffektivitet

• Spänningsdistortion

• Ökad termisk belastning

Den faktiska påverkan beror på utrustningens design, harmoniska spektrum, systemimpedans, driftförhållanden och tillämpliga standarder.

Vad bör utvärderas?

Beroende på projektet kan ingenjörer granska:

• Total harmonisk distorsion (THD)

• Enskilda harmoniska ordningar

• Lastströmspektrum

• Transformators termiska kapacitet

• Eventuella nedgraderingskrav

• Inverter- och PCS-specifikationer

• Effektfaktor

• Krav på reaktiv effekt

En transformator bör inte väljas enbart utifrån dess nominella kVA-värde när ett projekt innehåller betydande icke-linjära laster.

Den slutgiltiga konstruktionen bör verifieras mot tillämpliga elektriska standarder och projekt-specifika krav på elkvalitet.

6. Välja rätt transformator-typ för solenergi och BESS

Båda två oljefyllda distributionstransformatorer och torka transformatorer kan användas i förnybar energi-applikationer. Det lämpliga valet beror på projektet.

Projektfaktor	Oljeutfylld transformator	Torkande transformator
Utomhusanvändning för praktiska ändamål	Vanligt alternativ	Beroende på användning
Större kapacitetsprojekt	Ofta övervägs	Beror på konstruktion och platsförhållanden
Installation inomhus	Kräver överväganden av vätska/eld	Ofta lämplig för inomhusapplikationer
Platser känsliga för eld	Val av vätska och inneslutning kan kräva övervägande	Ingen isolerande vätska
Miljöexponering	Beroende på konfiguration	Beroende på konfiguration
Underhåll	Beror på transformatorns konstruktion och vätska	Beror på ventilation och driftmiljö
Kylning	Vätskeunderstött värmeöverföring	Kylning med luft
Slutgiltigt val	Baserat på spänning, kapacitet, plats, standarder och total kostnad	Baserat på spänning, kapacitet, plats, standarder och total kostnad

Oljeutfyllda transformer

Oljefyllda transformatorer används allmänt i elnät och utomhusdistributionstillämpningar.

Beroende på projektet kan isoleringsvätskor inkludera konventionell mineralolja eller alternativa vätskor såsom esterbaserade vätskor.

Vätskeval bör ta hänsyn till:

• Brandkrav

• Miljöförhållanden

• Elbolags specifikationer

• Installationsplats

• Underhållsstrategi

• Miljörisk

Torka transformatorer

Torrtransformatorer eliminerar vätskeisolering och kan vara attraktiva för vissa inomhus-, kommersiella, industriella och brandskiftiga applikationer.

Dock kräver torrtransformatorer också lämplig ventilation, termisk hantering, installationsutrymme och miljöskydd.

Det finns ingen universell "bästa" transformator typ för sol- eller BESS-projekt. Valet bör följa den fullständiga projektkonstruktionen.

Relaterad artikel: [Torrtransformatorer jämfört med oljefyllda distributionstransformatorer]

7. Transformatorutformningsfrågor för sol- och lagringsprojekt

Innan du begär ett citat för en soltransformator eller BESS-transformator , bör projektgrupper fastställa driftkraven.

Elektriska frågor

• Vad är huvudspänningen?

• Vad är sekundärspänningen?

• Vad är transformatorns märkeffekt?

• Vad är den maximala inmatningseffekten?

• Vad är den maximala utmatningseffekten?

• Vad är systemfrekvensen?

• Vilken impedans krävs?

• Vilken vektorkonfiguration krävs?

• Vilken tap-konfiguration krävs?

Applikationsfrågor

• Är transformatorn ansluten endast till solceller (PV)?

• Är den ansluten endast till BESS?

• Ingår den i ett hybrid-PV + BESS-system?

• Är systemet anslutet till elnätet?

• Kan mikronätet drivas i ö-driftsläge?

• Kommer transformatorn att utsättas för tvåriktad effektföring?

• Vad är den förväntade dagliga driftscykeln?

Frågor om elkvalitet

• Finns det betydande icke-linjära laster?

• Vad är det förväntade harmoniska spektrumet?

• Krävs reaktiv effektkontroll?

• Krävs spänningsreglering?

• Finns det specifika elkvalitetsgränser från elnätet?

Framtida utbyggnad

Projektteamet bör även överväga:

• Ytterligare PV-kapacitet

• Ytterligare BESS-kapacitet

• Högre exportgränser

• Nya laster

• EV-laddning

• Mikronätutbyggnad

• Ytterligare transformatorer

En transformator som endast valts för den ursprungliga installationen kan bli en begränsning om framtida utbyggnad inte har tagits hänsyn till.

8. Övervakning och tillgång till tillgångar

Projekt för förnybar energi kan drivas med betydande förändringar i transformatorbelastningen under dagen.

Övervakning kan ge användbar driftdata för anläggningsoperatörer och underhållslag.

Beroende på transformatorns typ och projektets krav kan övervakning inkludera:

• Transformatorbelastning

• Nuvarande

• Spänning

• Oljetemperatur

• Lindningstemperatur

• Oljenivå

• Kylstatus

• Larmvillkor

• Överbelastningshändelser

• Fjärrkommunikation

Integration med SCADA och EMS

För större sol- och BESS-projekt kan transformatorövervakning integreras med:

• SCADA

• Energihanteringssystem (EMS)

• Anläggningsövervakningsplattformar

• Byggnadsledningssystem

• Fjärrstyrda tillgångshanteringssystem

Detta kan hjälpa operatörer att förstå transformatorns driftförhållanden och identifiera avvikande händelser.

Övervakning eliminerar inte utrustningsfel, men den kan stödja underhåll baserat på tillstånd och förbättra insikten i driften.

Detta kan särskilt vara användbart för fjärrbelägna förnybar energianläggningar där rutinmässig fysisk inspektion kan ske mindre ofta.

9. Hur man specificerar en sol- eller BESS-distributionstransformator

En tydlig teknisk specifikation hjälper transformatorillverkaren att förstå projektets faktiska driftförhållanden.

Sol- & BESS-transformator RFQ-kontrolllista

Krav	Information som ska anges
Sajt	Plats och omgivningsförhållanden
Ansökan	Solenergi / BESS / PV + BESS / Mikronät
Kapacitet	kVA eller MVA
Primärspänning	Högspännings- / mellanspänningsnivå
Sekundär spänning	Lägspännings- eller mellanspänningsnivå
Importeringskraft	Maximal effekt från nät till projekt
Export effekt	Maximal effekt från projekt till nät
Vektorgrupp	Projektspecifik krav
Impedans	Krävd andel
Tap-konfiguration	Fast / avkopplad krets / under last
Kylning	Krävd kylmetod
Transformerstyp	Torrtransformator / oljefylld transformator
Vätska	Mineraloljor / ester / andra, om tillämpligt
Övertoner	Förväntad icke-linjär belastning och krav på elkvalitet
Övervakning	Krävda sensorer och kommunikation
Standarder	Tillämpliga elnätsoch elektriska standarder
Certifieringar	Krävda marknads-/projektcertifieringar
Leverans	Obligatorisk tillverknings- och leveransschema

Varför import- och exportkapacitet är viktigt

En av de viktigaste tilläggen till en förfrågan om offert för transformator för förnybar energi är maximal import- och exporteffekt .

En konventionell specifikation för endast belastning kan ange den maximala belastningen men underlåta att beskriva hur mycket energi systemet kan exportera.

För ett tvåriktat system bör båda riktningarna inkluderas i den elektriska studien och i utrustningsspecifikationen.

10. Överväganden för mikronättransformator

Mikronät introducerar ett ytterligare komplexitetslager eftersom de kan drivas både i nätanslutet och isolerat läge.

Ett mikronät kan kombinera:

• Hjälpmedelsförsörjning

• Solenergi

• Bess

• Reservgeneratorer

• Kommersiella eller industriella laster

• EV-laddning

• Energihanteringssystem

Under nätanslutet drift kan transformatorn utväxla effekt med elnätet.

Under isolerad drift kan effektflödesmönstret ändras avsevärt.

Detta innebär att ingenjörer kan behöva utvärdera transformatorns beteende under flera olika drifttillstånd istället för endast ett normalbelastat tillfälle.

Viktiga överväganden kan inkludera:

• Maximal import

• Maximal export

• Laddning i ö-läge

• Felström

• Grundläggning

• Skyddskoordination

• Spänningsreglering

• Frekvensreglering

• Styrning av BESS-omvandlare

• Interaktion med generator

Transformatorns specifikation bör därför utvecklas som en del av den övergripande elektriska mikronätets design.

11. Hur man utvärderar en tillverkare av sol- eller BESS-transformatorer

För förnybar-energiprojekt bör tillverkaren av transformatorer utvärderas utöver standardprodukternas tillgänglighet.

Projektgrupper kan vilja granska tillverkarens:

• Transformatorers ingenjörsförmågor

• Produktionskapacitet

• Anpassningsmöjligheter

• Fabrikstestförfaranden

• Kvalitetsledning

• Teknisk dokumentation

• Leveransplanering

• Erfarenhet av förnybar-energiapplikationer

• Övervaknings- och tillbehörsoptioner

• Efterförsäljningssupport

För anpassade projekt kan tidig teknisk kommunikation hjälpa till att lösa krav på spänning, impedans, vektorgrupp, kylning, övervakning och inkapsling innan tillverkningen påbörjas.

Dingxin Lösningar för transformatorer till solenergi och BESS

Dingxin Electric är en tillverkare av transformatorer och färdiga understationer som erbjuder anpassade lösningar för projekt inom förnybar energi, elnät, industri, kommersiell verksamhet och infrastruktur.

Vårt produktsortiment inkluderar:

• Distributionstransformatorer

• Strömförstärkare

• Oljeimmaterade transformer

• Torka transformatorer

• Transformatorer monterade på plattor

• Prefabricerade transformatorstationer

• Anpassade transformatorlösningar

För sol-PV-, BESS- och hybridenergiprojekt kan Dingxin stödja projekt-specifika krav som gäller kapacitet, spänning, impedans, vektorgrupp, tap-konfiguration, kylning, övervakning, inkapsling och installationsförhållanden .

Eftersom projekt för förnybar energi kan drivas med varierande lastprofiler och tvåriktad effektföring bör transformatorval baseras på det fullständiga driftsmodellen för projektet.

Dingxin kan samarbeta med EPC-entreprenörer, utvecklare, systemintegratörer, elbolag och projektägare för att utveckla en transformerkonfiguration baserad på de faktiska elkraftkraven i stället för att enbart förlita sig på en standardkatalogbetygning.

Vanliga frågor

Vad är en solfördelningstransformator?

En solfördelningstransformator är en transformator som används för att ansluta ett sol-PV-genereringssystem till ett mellanspänningsnät eller annat eldistributionssystem. Dess effektbetygning och konfiguration beror på PV-kapaciteten, spänningsnivåerna, exportkraven, inkopplingsdesignen och tillämpliga standarder.

Vad är en BESS-transformator?

En BESS-transformator ansluter ett batterienergilagringsystem och dess krafomvandlingsutrustning till ett eldistributionssystem eller elöverföringssystem. Beroende på systemkonfigurationen kan transformatorn behöva stödja både laddnings- och urladdningskraftflöde.

Kan en transformator hantera tvåriktat kraftflöde?

En transformator kan konstrueras och specificeras för system med tvåriktad effektföring, men lämpligheten bör utvärderas som en del av det fullständiga elsystemet. Skydd, spänningsreglering, termisk belastning, impedans, jordning och krav på anslutning till elnätet måste alla beaktas.

Orsakar solkraft omvänd effektföring?

Solcellsanläggningar (PV) kan orsaka omvänd effektföring när produktionen överstiger den lokala elförbrukningen och överskottseffekten exporteras mot det överordnade distributionsnätet. Om detta sker beror på systemets last, PV-kapacitet, energilagring och exportkontroller.

Påverkar BESS transformatorns belastning?

Ja. En BESS kan öka transformatorns belastning vid laddning och exportera effekt vid urladdning. Transformatorn bör därför utvärderas med hjälp av den förväntade laddnings- och urladdningsprofilen snarare än endast den genomsnittliga lasten.

Skapar sol- och BESS-system harmoniska svängningar?

Ellektronisk kraftequipment, såsom solomvandlare och BESS-PCS, kan generera harmoniska strömmar. Den faktiska harmoniska prestandan beror på utrustningen och systemdesignen, så ingenjörer bör utvärdera den förväntade harmoniska spektrumet och de tillämpliga kraven på elkvalitet.

Kan Dingxin anpassa transformatorer för solenergi och BESS?

Ja. Dingxin erbjuder anpassade transformatorer och färdiga understationer baserat på projektens specifika krav vad gäller spänning, kapacitet, impedans, vektorgrupp, tap, kylning, övervakning, hölje och andra parametrar.

Planerar du ett solenergi-, BESS- eller hybridenergiprojekt?

En transformator för förnybar energi bör dimensioneras utifrån projektets högsta importeffekt, högsta exporteffekt, lastprofil, spänningskrav, elkvalitet, skyddsstrategi och planer för framtida utbyggnad .

Skicka Dingxin din enfasdiagram, primär och sekundär spänning, transformatorns kapacitet, maximal import/exporteffekt, driftprofil och krav från elnätet för anslutning. Vårt ingenjörsteam kan granska ansökan och rekommendera en anpassad transformatorkonfiguration.

Begär ett tekniskt offertförslag från Dingxin idag för ditt solenergi-, BESS-, mikronät- eller tvåriktade effektflödesprojekt.

Dingxin Electric — Anpassade transformatorer och färdigmonterade transformatorstationer för förnybar energi-projekt.