BESS Transformer Design Guide: Harmonicsista verkkointegraatioon

 

1. Järjestelmäliittymä Gridin ja BESS:n välillä

 

Akkuenergian varastointijärjestelmissä (BESS) verkon ja energian varastointijärjestelmän välinen sähköinen eristys on välttämätöntä invertterien ja akkujärjestelmien suojaamiseksi verkkohäiriöiden aiheuttamilta ylijännitteiltä ja ylivirtaolosuhteilta.

Samanaikaisesti tarvitaan jännitteen muuntamista vastaamaan eri järjestelmän tasoja, tyypillisesti nostamalla 400 V:n invertterin lähdöstä 690 V:n tai 480 V:n BESS-käyttöjännitteeseen ja edelleen keski{3}}jännitteen verkkotasoihin sähköverkkojen yhteenliittämistä varten.

Tämä sähköinen rajapinta saavutetaan BESS-muuntajan kautta, joka toimii kriittisenä linkkinä tehonmuuntojärjestelmien ja sähköverkon välillä.

 

2. Akkuenergian varastointijärjestelmien toiminnot

 

Battery{0}}Energy Storage (BESS) on akku-pohjainen energian varastointijärjestelmä, joka varastoi tehokkaasti eri virtalähteistä, kuten kivihiilestä, ydinvoimasta, tuulivoimasta ja aurinkoenergiasta, tuotettua sähköä monin eri tavoin. Se voi varastoida ylimääräistä sähköä uusiutuvan energian tuotantohuippujen aikana (aurinko ja tuuli) ja vapauttaa sen, kun tuotanto vähenee tai kulutus kasvaa.

BESSin yhdistäminen uusiutuviin energialähteisiin auttaa parantamaan verkon luotettavuutta ja vakautta hyödyntämällä täysin vihreää sähköä. Lisäksi, jos ratkaisu on asianmukaisesti skaalattu ja hyvin-integroitu, tämä tekniikka voi tasapainottaa sähkön hintoja ja vähentää tarvetta jälkiasennuksiin fossiilisiin polttoaineisiin{2}} perustuviin verkkoihin.

 

• Huippu parranajo ja kuorman seuranta
• Virran laadun parantaminen
• Luotettavuus ja varmuuskopiointi
• Verkkopalvelut ja älyverkkotuki

 

 

3. Mikä määrittää todellisen BESS-muuntajasuunnittelun?

 

Todellinen BESS-muuntaja ei ole modifioitu jakelumuuntaja.

Se on erikoistunut sähkökomponentti, joka on suunniteltu erityisesti akkuenergian varastointijärjestelmiin, joissa pyöräily, harmoniset ja kaksisuuntaiset tehonvirtaukset ovat normaaleja käyttöolosuhteita. Se toimii luotettavasti akkuenergian varastointijärjestelmän dynaamisissa sähköjärjestelmissä ja mukautuu jatkuvasti muuttuviin kuormitus- ja aaltomuotoolosuhteisiin.

 

3.1 Suunniteltu jatkuvaan energiapyöräilyyn

 

BESS-muuntaja toimii toistuvilla lataus- ja purkujaksoilla, usein useita kertoja päivässä. Tämä pyöräilykäyttäytyminen luo lämpö- ja sähköjännitysolosuhteita, joita ei ole olemassa perinteisissä jakelusovelluksissa.

Keskeisiä suunnittelunäkökohtia ovat:

• Optimoitu ONAN / ONAF jäähdytysjärjestelmä sykliseen käyttöön
• Korkean lämpöluokan eristysmateriaalit pidentävät lämmönkestävyyttä
• Hallittu kuuman pisteen lämpötilan nousu{0}}dynaamisissa kuormitusolosuhteissa
• Vakaa suorituskyky toistuvissa kuormituksen vaihteluissa

Tämä varmistaa pitkäaikaisen{0}}luotettavuuden energian varastointijärjestelmässä, jossa jatkuvaa energiansiirtoa odotetaan.

 

3.2 Harmoninen-Tolerantti suunnittelu invertteri-pohjaisille järjestelmille

 

Nykyaikaisissa BESS-sähköjärjestelmissä tehonmuunnosjärjestelmät (PCS) ja invertterit aiheuttavat merkittäviä harmonisia vääristymiä ja epälineaarisia kuormitusolosuhteita.

Sopivan BESS-muuntajan tulee siksi sisältää:

• K-kerroinluokitus (tyypillisesti K-4–K-20 sovelluksesta riippuen)
• Pienempi hajavuo ja optimoitu magneettipolun suunnittelu
• Parannettu käämirakenne minimoi harmoniset häviöt
• Pienempi pyörrevirta ja ylimääräiset hajahäviöt

Nämä ominaisuudet parantavat lämpöstabiilisuutta ja toimintavarmuutta harmonisissa-rikkaissa ympäristöissä, jotka ovat tyypillisiä suurille-mittakaavaisille BESS-asennuksille.

3.3 Korkea dv/dt eristysjärjestelmä PCS-kytkemiseen

 

PCS-järjestelmien nopeat kytkentätoiminnot synnyttävät korkean dv/dt-jänniterasituksen, mikä aiheuttaa jatkuvaa painetta muuntajien eristysjärjestelmiin.

Pitkän{0}}dielektrisen luotettavuuden varmistamiseksi todellinen BESS-muuntaja vaatii:

• Korkea dv/dt-eristyksen kestokyky
• Osittainen purkaus{0}}kestävä eristysrakenne
• Vahvistettu dielektrinen koordinaatiorakenne
• Parannettu ylijännitteen sietokyky ohimeneviä olosuhteita varten

Tämä suunnittelutapa suojaa muuntajaa toistuvalta{0}}suurtaajuiselta sähkörasitukselta, joka syntyy energian varastointijärjestelmässä.

3.4 Sähkömagneettinen suojaus ja verkon vakaus

 

Sähköstaattinen ja sähkömagneettinen suojaus on välttämätön verkkoon -kytketyissä BESS-sovelluksissa, erityisesti kun virran laatu ja verkon vakaus ovat kriittisiä.

Sen toimintoihin kuuluvat:

• Vähentää käämien välistä kapasitiivista kytkentää
• Vaimentaa ohimeneviä jännitehäiriöitä
• Sähkömagneettisen yhteensopivuuden (EMC) suorituskyvyn parantaminen
• Parantaa vakautta heikoissa verkkoolosuhteissa

Tämä on erityisen tärkeää hyötykäyttöön{0}}mittaavassa BESS-virtajärjestelmässä, jossa useita invertteriä toimii rinnakkain.

 

3.5 Pienen-häviön ydinsuunnittelu tehokkaaseen-käyttöön

 

Koska BESS-järjestelmän energia kulkee muuntajan läpi sekä lataus- että purkujaksojen aikana, pienetkin häviöt voivat vaikuttaa merkittävästi järjestelmän kokonaistehokkuuteen.

 

Tyypillisiä ydinsuunnittelun optimointeja ovat:

Nämä parannukset lisäävät suoraan BESSin{0}}meno-paluutehokkuutta.

 

3.6 Ympäristöystävälliset-ja palo-turvalliset eristysjärjestelmät

 

 

3.7 Järjestelmän-tason tekniset vaatimukset

BESS-muuntajan on integroitava koko energian varastointijärjestelmään:

• Mukautettu impedanssi PCS-kuormille
• Yhteensopiva useiden invertterikokoonpanojen kanssa
• Suuri ylikuormituskyky ilman eristyksen heikkenemistä
• Integrointi kojeisto- ja suojajärjestelmiin
• Kaksisuuntaisen toiminnan tuki

 

4. SCOTECHin BESS Transformer Solutions

 

SCOTECH tarjoaa BESS:lle suunniteltuja muuntajaratkaisuja, jotka kattavat tyynymuuntajia, pienten sähköasemien muuntajia ja tehomuuntajia.

Jokainen ratkaisu on suunniteltu erityisesti BESS-sähköjärjestelmän vaatimuksiin, kuten:

• Kaksisuuntainen tehovirta
• PCS-järjestelmien harmoninen särö
• Jatkuva pyöräily

Vakiojakelulaitteiden sijaan SCOTECH keskittyy sovelluskohtaiseen-muuntajasuunnitteluun todellisiin energian varastointiolosuhteisiin.

4.1. Pehmustettu muuntaja BESS-sovelluksiin

 

Alusasennettuja muuntajia käytetään laajalti konteissa ja kaupallisissa BESS-järjestelmissä, mikä tarjoaa kompaktin ja tehokkaan liitännän PCS:n ja verkon välille.

4.2. Pieni sähköasemamuuntaja BESS-verkkointegraatioon

 

Pienet sähköasemamuuntajatkäytetään keski{0}}jännitteisissä BESS-liitäntäjärjestelmissä, joissa tehonkäsittely ja verkon yhteensopivuus ovat kriittisiä.

 

4.3. Power Transformer Utility-Scale BESS -järjestelmiin

 

Tehomuuntajia käytetään suurissa-energian varastointilaitoksissa ja verkko-tason BESS-projekteissa, joissa tehokkuus ja luotettavuus vaikuttavat suoraan järjestelmän sijoitetun pääoman tuottoprosenttiin.

 

 

4.4. SCOTECH BESS Engineering Capability & Integration

 

 

Akkuenergian varastointijärjestelmässä (BESS) muuntaja ei ole itsenäinen komponentti, vaan avainrajapinta PCS:n ja verkon välillä.

Tyypillinen BESS-sähköjärjestelmä sisältää akkumoduulit, BMS:n, PCS:n, muuntajan, kojeiston ja verkkoliitännät, joissa energia virtaa molempiin suuntiin latauksen ja purkamisen aikana.

Varmistaakseen vakaan toiminnan näissä olosuhteissa SCOTECH suunnittelee muuntajat todellisten järjestelmävaatimusten perusteella standardikokoonpanojen sijaan.

 

Keskeisiä ominaisuuksia ovat:
• Mukautettu suunnittelu perustuu PCS/invertterikokoonpanoon
• Optimointi kuormitusprofiilille ja pyöräilylle
• Harmoninen{0}}sietävä rakenne invertteri{1}}käyttöisille järjestelmille
• Impedanssin sovitus vakaata järjestelmäintegraatiota varten
• Suuri ylikuormituskyky lyhentämättä eristeen käyttöikää
• Yhteensopivuus IEEE/ANSI/CSA/IEC-standardien kanssa

 

SCOTECH-muuntajia käytetään laajalti hyöty-mittakaavassa, C&I- ja uusiutuvan ja varastoinnin hybridi-BESS-projekteissa.

 

5. Miksi muuntajan suunnittelu vaikuttaa suoraan sijoitetun pääoman tuottoprosenttiin?

 

Akkuenergian varastointijärjestelmässä (BESS) muuntaja on usein aliarvioitu.

Mutta se vaikuttaa suoraan:

6. Johtopäätös

 

Kun akkuenergian varastointijärjestelmät laajenevat, BESS-muuntajasta on tullut kriittinen komponentti verkkointegraation, järjestelmän tehokkuuden ja toimintavarmuuden kannalta. Perinteisistä muuntajista poiketen sen on kestettävä kaksisuuntainen tehovirta, jatkuva jaksotus, harmoniset yliaallot ja nopea invertterikytkentä. Oikea muuntajan suunnittelu vaikuttaa suoraan nykyaikaisten BESS-projektien suorituskykyyn, vakauteen ja pitkän aikavälin kannattavuuteen.