Розподільні трансформатори для сонячної енергетики, систем акумуляції електроенергії (BESS) та двонаправленого потоку потужності

Традиційні розподільні мережі були розроблені переважно з огляду на просту модель потоку потужності: електроенергія рухається від мережі постачальника через трансформатор до кінцевого споживача. Швидке зростання сонячних фотовольтаїчних електростанцій (PV), систем акумуляції електроенергії (BESS), мікромереж та гнучких навантажень змінює цю модель.

Сучасний розподільний трансформатор може потребувати підтримки потоку потужності в більш ніж одному напрямку. У періоди інтенсивної генерації сонячної енергії електрика може рухатися від ФЕС до мережі. Система акумуляції електроенергії на основі акумуляторів (BESS) може споживати електроенергію з мережі або сонячної системи під час заряджання, а під час розряджання — постачати електроенергію локальним споживачам або до мережі.

Цей змінний цикл роботи створює нові інженерні вимоги до розподільних трансформаторів для сонячних електростанцій , трансформаторів для BESS та трансформаторів для двонаправленого потоку потужності . Потужність трансформатора, регулювання напруги, імпеданс, теплові характеристики, гармоніки, захист, моніторинг та вимоги до підключення до електромережі повинні враховуватися комплексно.

Як виробник трансформаторів та готових підстанцій, Dingxin Electric пропонує спеціалізовані рішення у вигляді трансформаторів для сонячних ФЕС, BESS, мікромереж, електромереж, комерційних та промислових застосувань.

1. Від одноманітного розподілу до двонаправленого потоку потужності

Традиційну модель розподілу можна представити так:

Електромережа → Розподільний трансформатор → Електричне навантаження

Сонячні фотоелектричні системи та акумуляторні системи зберігання енергії можуть змінити цей взаємозв’язок.

Сонячна фотовольтаїка

Коли сонячна установка виробляє менше електроенергії, ніж місцеве навантаження:

Мережа постачальника → Трансформатор → Навантаження

Коли виробництво електроенергії сонячною установкою перевищує місцеве споживання:

Сонячні фотоелектричні системи → Трансформатор → Мережа постачальника

Цей стан зазвичай називають обернений потік енергії або експортним потоком потужності .

Зарядження BESS

Під час зарядження системи акумуляторного зберігання електроенергії (BESS) потужність може протікати:

Мережа / Сонячні фотоелектричні системи → Трансформатор → BESS

Розрядка СЕНА

Під час розряду акумулятора:

СЕНА → трансформатор → локальне навантаження / мережа

Гібридна сонячна електростанція зі СЕНА

Гібридний проект може поєднувати всі ці режими роботи:

Мережа енергопостачання ↔ розподільний трансформатор ↔ сонячні фотоелектричні модулі / СЕНА / комерційне навантаження

Це означає, що протягом доби трансформатор може піддаватися змінам рівня навантаження та напрямків потоку потужності.

Сам трансформатор — лише один компонент системи. У повноцінному проекті відновлюваних джерел енергії конфігурацію трансформатора слід узгоджувати з інверторами, обладнанням системи керування енергією (PCS), комутаційними пристроями, системами захисту, заземленням, приладами обліку та проектуванням підключення до мережі енергопостачання.

2. Чому сонячні електростанції та СЕНА змінюють цикли навантаження трансформаторів

Традиційні електричні навантаження часто мають порівняно передбачувані профілі. Сонячні фотоелектричні модулі та СЕНА створюють більш динамічні умови експлуатації.

Зміни у виробництві сонячної енергії протягом доби

Вихідна потужність сонячної системи залежить від:

• Сонячної інсоляції

• Хмарність

• Час доби

• Сезон

• Орієнтації системи

• Потужності фотоелектричного масиву

• Стратегії керування інвертором

Трансформатор, підключений до сонячної електростанції, може тому зазнавати значних змін навантаження протягом однієї доби.

Система акумуляторів (BESS) може змінювати режими роботи

Акумуляторна система може заряджатися або розряджатися залежно від:

• Тарифів на електроенергію за часом споживання

• Зниження пікового витрату

• Керування попитом

• Оптимізація відновлюваних джерел енергії

• Послуги для мережі

• Вимоги до резервного живлення

• Інструкції з диспетчеризації енергосистеми

Трансформатор може тому перебувати в стані повторних змін між імпортом та експортом потужності.

Середня потужність — цього недостатньо

Підбір трансформатора не повинен ґрунтуватися лише на середній потужності.

Робочі групи проекту повинні оцінювати:

• Максимальну імпортну потужність

• Максимальну експортну потужність

• Постійне навантаження

• Навантаження короткотривалої тривалості

• Цикли зарядки та розрядки

• Щоденний профіль роботи

• Сезонний профіль експлуатації

• Майбутнє розширення системи

Трансформатор має бути оцінений у фактичних сценаріях експлуатації, які очікуються протягом усього терміну його служби.

3. Зворотне спрямування потужності: що мають оцінювати команди проекту

Зворотне спрямування потужності не є автоматично проблемою.

Це стає інженерним аспектом, коли розподільну систему спочатку проектували переважно для односпрямованої подачі потужності, а згодом до неї підключають значні джерела розподіленої генерації або накопичення енергії.

Перед тим, як вибрати трансформатор із двоспрямованим потоком потужності , команди проекту мають оцінювати повну електричну систему.

Вимоги до підключення до мережі постачальника електроенергії

Місцевий постачальник електроенергії може визначати вимоги до:

• Максимальна потужність експорту

• Регулювання напруги

• Захист

• Дозування

• Якість електроенергії

• Конфігурація трансформатора

• Заземлення

• Перемикання

• Дослідження міжсистемних зв’язків

Ці вимоги слід підтвердити до остаточного узгодження конструкції трансформатора.

Конфігурація відводів трансформатора

Коефіцієнт трансформації трансформатора впливає на напругу, що подається до нижчестоячої системи.

При зворотному напрямку потоку потужності поведінка напруги також може змінюватися. Тому відповідне розташування відводів слід оцінювати з урахуванням умов експлуатації проекту як при імпорті, так і при експорті.

Узгодження захисту

Зворотний потік потужності може вплинути на припущення щодо захисту.

Інженерам, можливо, доведеться перевірити:

• Спрямований захист

• Захист від перевантаження по струму

• Захист від замикання на землю

• Налаштування автоматичного повторного ввімкнення

• Узгодження запобіжників

• Захист від острівного режиму

• Номінальні параметри вимикачів

Трансформатор не можна розглядати окремо від загальної системи захисту.

Номінальні параметри кабелів та комутаційного обладнання

Максимальний струм експорту може впливати на:

• Кабелі середньої напруги

• Провідники низької напруги

• Обмінні прилади

• Вимикачі

• Шини

• Обладнання для вимірювання

Усі компоненти слід перевірити на відповідність максимально очікуваному струму в обох напрямках.

4. Регулювання напруги та вибір положення регулювального відводу

Управління напругою — ще один важливий аспект для проектів сонячної енергетики та систем накопичення електроенергії (BESS).

Підвищення напруги, пов’язане з сонячною енергетикою

Коли фотоелектрична (PV) система постачає електроенергію в розподільчу мережу, напруга може зростати уздовж фідера, особливо за умов низького місцевого споживання й високого рівня генерації.

Ступінь підвищення напруги залежить від таких факторів, як:

• Експортна потужність

• Імпеданс фідера

• Імпеданс трансформатора

• Довжина кабелю

• Місцеве навантаження

• Налаштування мережі

• Керування інвертором

Один тільки трансформатор не може усунути всі проблеми, пов’язані з підвищенням напруги.

Заряджання BESS і зниження напруги

Під час заряджання BESS на високій потужності вона може створювати значне локальне навантаження.

Це може призвести до падіння напруги залежно від:

• Потужність зарядки

• Мощність трансформатора

• Імпеданс фідера

• Довжина кабелю

• Існуючого навантаження

• Міцності мережі

Регулювання відводів та напруги

Залежно від проекту, інженери можуть оцінювати:

• Фіксовані налаштування відводів

• Відводозмінники поза колом

• Регулятори напруги під навантаженням

• Стабілізатори напруги

• Керування напругою інвертора

• Керування реактивною потужністю

Відповідна стратегія залежить від мережі енергопостачальника та архітектури проекту.

Тому вибір трансформатора слід узгоджувати з керуванням інверторів, обладнанням регулювання напруги та загальним дослідженням підключення до мережі, а не розглядати його як ізольоване рішення.

5. Гармоніки, якість електроенергії та теплові аспекти

Сонячні інвертори та системи акумуляторного накопичення енергії використовують силову електроніку для перетворення електричної енергії між змінним (AC) та постійним (DC) струмом.

Інше сучасне обладнання, зокрема Системи PCS, UPS-обладнання, зарядні пристрої EV та частотні перетворювачі — також можуть вносити нелінійні характеристики струму.

Чому гармоніки мають значення

Гармонійні струми можуть призводити до:

• Додаткового нагріву трансформатора

• Збільшених втрат

• Зниження ефективності обладнання

• Спотворення напруги

• Підвищене теплове навантаження

Фактичний вплив залежить від конструкції обладнання, спектра гармонік, імпедансу системи, умов експлуатації та чинних стандартів.

Що слід оцінювати?

Залежно від проекту інженери можуть аналізувати:

• Загальна гармонійна дисторсія (THD)

• Окремі порядки гармонік

• Спектр струму навантаження

• Теплову потужність трансформатора

• Можливі вимоги до зниження номінальних параметрів

• Характеристики інвертора та PCS

• Коефіцієнт потужності

• Вимоги до реактивної потужності

Трансформатор не слід вибирати виключно за його номінальним значенням у кВА, якщо в проекті є значні нелінійні навантаження.

Остаточний проект слід перевірити відповідно до чинних електротехнічних стандартів та специфічних для проекту вимог щодо якості електроенергії.

6. Вибір відповідного типу трансформатора для сонячних електростанцій та систем зберігання енергії (BESS)

Обох маслонаповнені розподільні трансформатори та безмасляні трансформатори може використовуватися в застосуваннях із відновлюваними джерелами енергії. Підхідний варіант залежить від проекту.

Фактор проекту	Нафтоналивний трансформатор	Сухострунний трансформатор
Зовнішнє універсальне застосування	Поширений варіант	Залежно від застосування
Проекти з більшою потужністю	Зазвичай розглядається	Залежить від проекту та умов майданчика
Внутрішній монтаж	Вимагає врахування рідини/вогню	Часто підходить для внутрішніх застосувань
Місця, чутливі до вогню	Може вимагатися врахування вибору рідини та її утримання	Без ізоляційної рідини
Викриття навколишніх середовищ	Залежить від конфігурації	Залежить від конфігурації
Обслуговування	Залежить від конструкції трансформатора та рідини	Залежить від вентиляції та експлуатаційного середовища
Охолодження	Передача тепла з допомогою рідини	Охолодження повітрям
Остатній вибір	На основі напруги, ємності, місця розташування, стандартів та загальної вартості	На основі напруги, ємності, місця розташування, стандартів та загальної вартості

Масоповні трансформатори

Трансформатори з масляним охолодженням широко використовуються в електромережах та зовнішніх розподільних застосуваннях.

Залежно від проекту, ізоляційні рідини можуть включати традиційну мінеральну оливу або альтернативні рідини, такі як естерні рідини.

При виборі рідини слід враховувати:

• Вимоги щодо пожежної безпеки

• Екологічні умови

• Вимоги електромереж

• Місце установки

• Стратегія обслуговування

• Екологічне ризико

Безмасляні трансформатори

Сухі трансформатори не потребують рідкого ізоляційного матеріалу й можуть бути привабливими для певних внутрішніх, комерційних, промислових та вогнестійких застосувань.

Однак сухі трансформатори також потребують належної вентиляції, теплового управління, простору для встановлення та захисту навколишнього середовища.

Для проектів сонячної енергетики чи систем зберігання електроенергії (BESS) не існує універсального «найкращого» типу трансформатора. Вибір має ґрунтуватися на повному проектному рішенні.

Пов’язана стаття: [Сухі та масляні розподільні трансформатори]

7. Питання щодо проектування трансформаторів для сонячних електростанцій та систем зберігання енергії

Перш ніж надсилати запит на розрахунок вартості трансформатор для сонячної електростанції або трансформатор для системи зберігання електроенергії (BESS) , команди проектів мають визначити експлуатаційні вимоги.

Електричні питання

• Яка первинна напруга?

• Яка вторинна напруга?

• Яка номінальна потужність трансформатора?

• Яка максимальна вхідна потужність?

• Яка максимальна вихідна потужність?

• Яка частота системи?

• Який імпеданс потрібен?

• Яка векторна група потрібна?

• Яка конфігурація відводів потрібна?

Питання щодо застосування

• Чи підключено трансформатор лише до сонячних PV?

• Чи підключено його лише до BESS?

• Чи є він частиною гібридної системи PV + BESS?

• Чи є система підключеною до мережі?

• Чи може мікромережа працювати в островному режимі?

• Чи буде трансформатор зазнавати двонаправленого потоку потужності?

• Який очікуваний щоденний цикл роботи?

Питання щодо якості електроенергії

• Чи присутні значні нелінійні навантаження?

• Який очікуваний спектр гармонік?

• Чи потрібне керування реактивною потужністю?

• Чи потрібне регулювання напруги?

• Чи існують спеціальні обмеження якості електроенергії з боку енергопостачальної організації?

Майбутнє розширення

Команда проекту також повинна врахувати:

• Додаткову потужність ФЕС

• Додаткову потужність СЕНА

• Підвищені межі експорту

• Нові навантаження

• Зарядка EV

• Розширення мікромережі

• Додаткові трансформатори

Трансформатор, вибраний лише для початкової інсталяції, може стати обмеженням, якщо не враховано майбутнє розширення.

8. Моніторинг та видимість активів

Проекти з відновлюваних джерел енергії можуть працювати з істотними змінами навантаження на трансформатор протягом дня.

Моніторинг може надавати корисні дані про роботу для операторів електростанції та команд технічного обслуговування.

Залежно від типу трансформатора та вимог проекту, моніторинг може включати:

• Навантаження трансформатора

• Струм

• Напруга

• Температура олії

• Температура обмотки

• Рівень мастила

• Стан системи охолодження

• Умови спрацювання сигналів тривоги

• Події перевантаження

• Віддалена комунікація

Інтеграція з SCADA та EMS

Для більших сонячних електростанцій і систем накопичення енергії (BESS) моніторинг трансформаторів може бути інтегрованим з:

• SCADA

• Системам управління енергією (EMS)

• Платформами моніторингу електростанцій

• Системи управління будівлями

• Системами дистанційного управління активами

Це допомагає операторам зрозуміти робочі умови трансформаторів і виявити аномальні події.

Моніторинг не усуває відмови обладнання, але підтримує технічне обслуговування на основі стану обладнання й покращує оперативну прозорість.

Це особливо корисно для віддалених об’єктів відновлюваної енергетики, де регулярні фізичні огляди можуть проводитися рідше.

9. Як задати технічні вимоги до розподільного трансформатора для сонячної електростанції або BESS

Чітка технічна специфікація допомагає виробнику трансформаторів зрозуміти реальні умови експлуатації проекту.

Перелік контролю для запиту пропозицій щодо трансформаторів для сонячних електростанцій та систем зберігання енергії

Вимога	Інформація для надання
Сторінка	Місцезнаходження та навколишні умови
Застосування	Сонячна електростанція / система зберігання енергії / сонячна електростанція з системою зберігання енергії / мікромережа
Місткість	кВА або МВА
Первинна напруга	Висока / середня напруга
Другину напругу	Низька або середня напруга
Імпортна потужність	Максимальна потужність від мережі до проекту
Експортна потужність	Максимальна потужність від проекту до мережі
Група векторів	Вимога, специфічна для проекту
Імпеданс	Необхідний відсоток
Конфігурація відводів	Фіксована / поза-мережева / під навантаженням
Охолодження	Необхідний метод охолодження
Тип трансформатора	Сухий тип / маслонаповнений
Плодовита	Мінеральне масло / естер / інше, де застосовно
Гармоніки	Очікуване нелінійне навантаження та вимоги до якості електроенергії
Моніторинг	Необхідні датчики та засоби зв’язку
Стандарти	Застосовні комунальні та електротехнічні стандарти
Сертифікати	Необхідні сертифікації для ринку/проекту
ДОСТАВКА	Необхідний графік виробництва й поставки

Чому важливою є потужність імпорту та експорту

Одним із найважливіших додатків до запиту пропозицій щодо трансформатора для відновлюваних джерел енергії є максимальна потужність імпорту та експорту .

Звичайна специфікація лише для завантаження може вказувати максимальне навантаження, але не описувати, скільки енергії система здатна віддавати.

Для двонаправленої системи обидва напрямки мають бути включені в електричне дослідження та специфікацію обладнання.

10. Міркування щодо трансформатора мікромережі

Мікромережі вносять ще один рівень складності, оскільки вони можуть працювати як у режимі, пов’язаному з мережею, так і в автономному режимі.

Мікромережа може поєднувати:

• Забезпечення комунальними послугами

• Сонячна фотовольтаїка

• BESS

• Резервні генератори

• Комерційні або промислові навантаження

• Зарядка EV

• Системи енергоменеджменту

Під час роботи в режимі, пов’язаному з мережею, трансформатор може обмінюватися потужністю з енергопостачальником.

Під час автономної роботи картина потоку потужності може суттєво змінитися.

Це означає, що інженерам, можливо, доведеться оцінювати поведінку трансформатора за кількома режимами роботи, а не лише за одним умовним режимом навантаження.

Основні міркування можуть включати:

• Максимальне імпортування

• Максимальне експортування

• Завантаження в островному режимі

• Ток короткого замикання

• Заземлення

• Узгодження захисту

• Регулювання напруги

• Частотний керування

• Керування інвертором СЕНАЕ

• Взаємодія з генератором

Тому специфікацію трансформатора слід розробляти як частину загального електричного проектування мікромережі.

11. Як оцінити виробника сонячних або СЕНАЕ-трансформаторів

Для проектів відновлюваних джерел енергії виробника трансформаторів слід оцінювати не лише за стандартною доступністю продукції.

Проектні команди можуть бажати проаналізувати такі аспекти виробника:

• Інженерні можливості щодо трансформаторів

• Виробничі можливості

• Можливість налаштування

• Процедури заводського тестування

• Управлінням якістю

• Технічна документація

• Планування доставки

• Досвід роботи з застосуваннями відновлюваних джерел енергії

• Варіанти моніторингу та аксесуарів

• Підтримка післяпродажного обслуговування

Для індивідуальних проектів раннє інженерне спілкування може допомогти вирішити питання напруги, імпедансу, векторної групи, охолодження, моніторингу та вимог до корпусу ще до початку виробництва.

Dingxin Рішення для трансформаторів сонячної енергетики та систем зберігання електроенергії (BESS)

Dingxin Electric — це виробник трансформаторів та попередньо зібраних підстанцій, який надає індивідуальні рішення для проектів у сфері відновлюваних джерел енергії, електромереж, промисловості, комерції та інфраструктури.

Наш асортимент включає:

• Розподільні трансформатори

• Силові трансформатори

• Трансформатори з масляним охолодженням

• Безмасляні трансформатори

• Трансформатори, монтувані на підставку

• Модульні підстанції

• Індивідуальні рішення з трансформаторів

Для проектів сонячної фотогальваніки (PV), систем зберігання електроенергії (BESS) та гібридних енергетичних проектів Dingxin може задовольняти проектні вимоги, пов’язані з потужністю, напругою, імпедансом, векторною групою, конфігурацією відводів, охолодженням, моніторингом, корпусом та умовами монтажу .

Оскільки проекти відновлюваних джерел енергії можуть працювати зі змінними профілями навантаження та двонаправленим потоком потужності, вибір трансформатора має ґрунтуватися на повній експлуатаційній моделі проекту.

Dingxin може співпрацювати з підрядниками EPC, забудовниками, системними інтеграторами, енергопостачальними компаніями та власниками проектів для розробки конфігурації трансформатора на основі реальних електричних вимог замість того, щоб покладатися виключно на стандартний каталожний номінальний показник.

Поширені запитання

Що таке сонячний розподільний трансформатор?

Сонячний розподільний трансформатор — це трансформатор, який використовується для підключення системи генерації сонячної електроенергії (PV) до мережі середньої напруги або іншої електричної розподільної мережі. Його номінальна потужність та конфігурація залежать від потужності PV, рівнів напруги, вимог щодо експорту енергії, конструкції підключення та чинних стандартів.

Що таке трансформатор BESS?

Трансформатор BESS підключає систему акумулювання енергії на основі акумуляторів (BESS) та обладнання перетворення потужності до електричної розподільної або передавальної мережі. Залежно від конфігурації системи, трансформатор може потребувати підтримки потоку потужності як у режимі заряджання, так і в режимі розряджання.

Чи може трансформатор працювати при двонапрямному потоці потужності?

Трансформатор можна спроектувати та визначити для систем із двонапрямленим потоком потужності, але його придатність слід оцінювати як частину повної електричної системи. Потрібно враховувати вимоги щодо захисту, регулювання напруги, теплового навантаження, імпедансу, заземлення та підключення до мережі енергопостачальника.

Чи призводить сонячна енергія до зворотного потоку потужності?

Фотоелектричні сонячні модулі можуть спричиняти зворотний потік потужності, коли генерація перевищує місцевий електричний попит і надлишкова потужність експортується до вищестоячої розподільчої мережі. Те, чи відбувається це, залежить від навантаження системи, потужності сонячних модулів, системи накопичення енергії та контролю експорту.

Чи змінює система накопичення електроенергії (BESS) навантаження трансформатора?

Так. BESS може збільшувати навантаження трансформатора під час заряджання та експортувати потужність під час розряджання. Тому трансформатор слід оцінювати з урахуванням очікуваних профілів заряджання та розряджання, а не лише середнього навантаження.

Чи створюють сонячні та BESS-системи гармоніки?

Електронне обладнання для перетворення енергії, таке як сонячні інвертори та ПСЕЕ (системи зберігання електроенергії на акумуляторах) з блоками керування живленням, може вносити гармонійні струми. Фактична гармонійна характеристика залежить від конкретного обладнання та проекту системи, тому інженери мають оцінювати очікуваний гармонійний спектр та відповідні вимоги до якості електроенергії.

Чи може компанія Dingxin розробляти спеціальні трансформатори для сонячних електростанцій та ПСЕЕ?

Так. Компанія Dingxin надає спеціалізовані рішення щодо трансформаторів та готових підстанцій на основі конкретних вимог проєкту: напруги, потужності, імпедансу, групи векторів, регулювання напруги (відводи), системи охолодження, моніторингу, типу корпусу тощо.

Плануєте реалізацію проєкту сонячної, акумуляторної або гібридної енергетичної системи?

Трансформатор для відновлюваних джерел енергії має бути розроблений з урахуванням проєктних параметрів: максимальної потужності, що забирається з мережі, максимальної потужності, що віддається в мережу, профілю навантаження, вимог до напруги, якості електроенергії, стратегії захисту та планів майбутнього розширення .

Надішліть Dingxin свою однолінійну схему, первинну та вторинну напругу, потужність трансформатора, максимальну потужність імпорту/експорту, профіль експлуатації та вимоги до підключення до електромережі. Наша інженерна команда може проаналізувати ваше завдання й запропонувати спеціально розроблену конфігурацію трансформатора.

Замовте технічну пропозицію від Dingxin уже сьогодні для вашого проекту сонячної енергетики, системи накопичення електроенергії (BESS), мікромережі або двонаправленого потоку потужності.

Dingxin Electric — спеціалізовані рішення у сфері трансформаторів та збірних підстанцій для проектів відновлюваної енергетики.