Guia de disseny de transformadors BESS: dels harmònics a la integració de la xarxa

 

1. Interfície del sistema entre Grid i BESS

 

En els sistemes d'emmagatzematge d'energia de bateries (BESS), l'aïllament elèctric entre la xarxa i el sistema d'emmagatzematge d'energia és essencial per protegir els inversors i els sistemes de bateries de les condicions de sobretensió i sobreintensitat causades per pertorbacions de la xarxa.

Al mateix temps, cal que la conversió de tensió coincideixi amb els diferents nivells del sistema, normalment augmentant la sortida de l'inversor de 400 V a una tensió de funcionament BESS de 690 V o 480 V i, a més, a nivells de xarxa de tensió mitjana-per a la interconnexió de serveis públics.

Aquesta interfície elèctrica s'aconsegueix mitjançant el transformador BESS, que serveix d'enllaç crític entre els sistemes de conversió d'energia i la xarxa pública.

 

2. Funcions dels sistemes d'emmagatzematge d'energia a bateries

 

L'emmagatzematge d'energia-bateria (BESS) és un sistema d'emmagatzematge d'energia basat en bateries-que emmagatzema de manera eficaç l'electricitat generada a partir de diverses fonts d'energia, com ara carbó, nuclear, eòlica i solar, de diverses maneres. Pot emmagatzemar l'excés d'electricitat durant els períodes punta de generació d'energia renovable (solar i eòlica) i alliberar-la quan disminueix la generació o augmenta el consum.

La combinació de BESS amb fonts d'energia renovables ajuda a millorar la fiabilitat i l'estabilitat de la xarxa, utilitzant plenament l'electricitat verda. A més, si la solució s'escala adequadament i s'integra bé-, aquesta tecnologia pot equilibrar els preus de l'electricitat i reduir la necessitat de modernitzar les xarxes basades en combustibles fòssils-.

 

• Afaitat màxima i seguiment de càrrega
• Millora de la qualitat de l'energia
• Fiabilitat i suport de còpia de seguretat
• Serveis de xarxa i suport de xarxa intel·ligent

 

 

3. Què defineix un veritable disseny de transformadors BESS

 

Un veritable transformador BESS no és un transformador de distribució modificat.

És un component elèctric especialitzat dissenyat específicament per als sistemes d'emmagatzematge d'energia de la bateria, on els cicles, els harmònics i el flux d'energia bidireccional són condicions de funcionament normals. Funciona de manera fiable dins dels sistemes elèctrics dinàmics d'un sistema d'emmagatzematge d'energia de la bateria, adaptant-se contínuament a les condicions de càrrega i forma d'ona canviants.

 

3.1 Dissenyat per a un cicle energètic continu

 

Un transformador BESS funciona amb cicles de càrrega i descàrrega repetits, sovint diverses vegades al dia. Aquest comportament cíclic crea condicions d'estrès tèrmic i elèctric que no estan presents en les aplicacions de distribució tradicionals.

Les consideracions clau del disseny inclouen:

• Sistema de refrigeració ONAN / ONAF optimitzat per al funcionament cíclic
• Materials d'aïllament d'alta classe tèrmica per a una major resistència tèrmica
• Augment controlat de la temperatura-del punt calent en condicions de càrrega dinàmica
• Rendiment estable sota fluctuacions freqüents de càrrega

Això garanteix la fiabilitat-a llarg termini del sistema d'emmagatzematge d'energia on s'espera un rendiment continu d'energia.

 

3.2 Disseny harmònic-tolerant per a sistemes basats en-inversor

 

En els sistemes elèctrics moderns BESS, els sistemes de conversió d'energia (PCS) i els inversors introdueixen una distorsió harmònica significativa i condicions de càrrega no-lineals.

Per tant, un transformador BESS adequat ha d'incloure:

• -Disseny amb classificació de factor K (normalment K-4 a K-20 segons l'aplicació)
• Flux perdut reduït i disseny optimitzat del camí magnètic
• Estructura de bobinatge millorada per minimitzar les pèrdues harmòniques
• Reducció de corrents de Foucault i pèrdues periòdiques addicionals

Aquestes característiques milloren l'estabilitat tèrmica i la fiabilitat operativa en entorns-rics en harmònics típics de les instal·lacions BESS a gran-escala.

3.3 Sistema d'aïllament dv/dt alt per a la commutació de PCS

 

Les operacions de commutació ràpides en sistemes PCS generen una tensió de tensió dv/dt elevada, que exerceix una pressió contínua sobre els sistemes d'aïllament del transformador.

Per garantir la fiabilitat dielèctrica-a llarg termini, un autèntic transformador BESS requereix:

• Alta capacitat de suport d'aïllament dv/dt
• Estructura d'aïllament -resistent a les descàrregues parcials
• Disseny de coordinació dielèctrica reforçada
• Tolerància de sobretensió millorada per a condicions transitòries

Aquest enfocament de disseny protegeix el transformador de l'estrès elèctric repetitiu-d'alta freqüència generat al sistema d'emmagatzematge d'energia.

3.4 Apantallament electromagnètic i estabilitat de la xarxa

 

El blindatge electrostàtic i electromagnètic és essencial a les aplicacions BESS-connectades a la xarxa, especialment quan la qualitat de l'energia i l'estabilitat de la xarxa són fonamentals.

Les seves funcions inclouen:

• Acoblament capacitiu reductor entre bobinatges
• Supressió d'interferències de tensió transitòria
• Millora del rendiment de la compatibilitat electromagnètica (EMC).
• Millora de l'estabilitat en condicions de xarxa febles

Això és especialment important en sistemes d'alimentació BESS a escala de serveis públics-en què funcionen diversos inversors en paral·lel.

 

3.5 Disseny del nucli de baixa-pèrdua per a una operació d'alta-eficiència

 

Com que l'energia d'un sistema BESS passa pel transformador durant els cicles de càrrega i descàrrega, fins i tot les petites pèrdues poden afectar significativament l'eficiència global del sistema.

 

Les optimitzacions típiques del disseny bàsic inclouen:

Aquestes millores contribueixen directament a augmentar l'eficiència-anada i tornada a BESS.

 

3.6 Sistemes d'aïllament-ecològics i segurs contra incendis-

 

 

3.7 Requisits d'enginyeria del nivell-del sistema

Un transformador BESS s'ha d'integrar amb el sistema complet d'emmagatzematge d'energia:

• Impedància personalitzada per a càrregues PCS
• Compatibilitat amb múltiples configuracions d'inversor
• Alta capacitat de sobrecàrrega sense degradació de l'aïllament
• Integració amb aparells i sistemes de protecció
• Suport al funcionament bidireccional

 

4. BESS Transformer Solutions de SCOTECH

 

SCOTECH ofereix solucions de transformació dissenyades per a BESS, que cobreixen transformadors muntats en coixinets, transformadors de subestacions petites i transformadors de potència.

Cada solució està dissenyada específicament per als requisits del sistema elèctric BESS, com ara:

• Flux de potència bidireccional
• Distorsió harmònica dels sistemes PCS
• Funcionament en cicle continu

En lloc d'equips de distribució estàndard, SCOTECH se centra en l'enginyeria de transformadors d'aplicacions-específiques per a condicions reals d'emmagatzematge d'energia.

4.1. Transformador muntat en coixinet per a aplicacions BESS

 

Els transformadors muntats en coixinets s'utilitzen àmpliament en sistemes BESS en contenidors i comercials, proporcionant una interfície compacta i eficient entre PCS i la xarxa.

4.2. Transformador de petita subestació per a la integració a la xarxa BESS

 

Petits transformadors de subestaciós'utilitzen en sistemes d'interconnexió BESS de -tensió mitjana, on el condicionament elèctric i el compliment de la xarxa són fonamentals.

 

4.3. Transformador de potència per a sistemes BESS a escala-utility

 

Els transformadors de potència s'apliquen a-plantes d'emmagatzematge d'energia a gran escala i projectes BESS a nivell-de xarxa, on l'eficiència i la fiabilitat afecten directament el ROI del sistema.

 

 

4.4. Capacitat i integració d'enginyeria SCOTECH BESS

 

 

En un sistema d'emmagatzematge d'energia de la bateria (BESS), el transformador no és un component autònom, sinó una interfície clau entre el PCS i la xarxa.

Un sistema elèctric típic de BESS inclou mòduls de bateries, BMS, PCS, transformador, aparell de commutació i connexió a la xarxa, on l'energia flueix en ambdues direccions durant la càrrega i la descàrrega.

Per garantir un funcionament estable en aquestes condicions, SCOTECH dissenya transformadors basats en requisits reals del sistema en lloc de configuracions estàndard.

 

Les capacitats clau inclouen:
• Disseny personalitzat basat en la configuració de PCS/inverter
• Optimització del perfil de càrrega i funcionament del cicle
• Disseny harmònic-tolerant per a sistemes-accionats per inversor
• Adaptació d'impedància per a una integració estable del sistema
• Alta capacitat de sobrecàrrega sense reduir la vida útil de l'aïllament
• Compliment dels estàndards IEEE / ANSI / CSA / IEC

 

Els transformadors SCOTECH s'utilitzen àmpliament en projectes BESS híbrids d'-utilitat, C&I i renovables + emmagatzematge.

 

5. Per què el disseny de transformadors afecta directament el ROI

 

En un sistema d'emmagatzematge d'energia de bateries (BESS), sovint es subestima el transformador.

Però afecta directament:

6. Conclusió

 

A mesura que els sistemes d'emmagatzematge d'energia de la bateria continuen expandint-se, el transformador BESS s'ha convertit en un component crític per a la integració de la xarxa, l'eficiència del sistema i la fiabilitat operativa. A diferència dels transformadors tradicionals, ha de suportar el flux d'energia bidireccional, el cicle continu, els harmònics i la commutació ràpida de l'inversor. El disseny adequat del transformador afecta directament el rendiment, l'estabilitat i la rendibilitat-a llarg termini dels projectes BESS moderns.