راهنمای طراحی ترانسفورماتور BESS: از هارمونیک تا ادغام شبکه

 

1. رابط سیستم بین Grid و BESS

 

در سیستم‌های ذخیره‌سازی انرژی باتری (BESS)، جداسازی الکتریکی بین شبکه و سیستم ذخیره‌سازی انرژی برای محافظت از اینورترها و سیستم‌های باتری در برابر شرایط اضافه ولتاژ و جریان اضافی ناشی از اختلالات شبکه ضروری است.

در عین حال، تبدیل ولتاژ برای مطابقت با سطوح مختلف سیستم مورد نیاز است، که معمولاً از خروجی اینورتر 400 ولت به ولتاژ کاری 690 ولت یا 480 ولت BESS، و بیشتر به سطوح شبکه ولتاژ متوسط{3} برای اتصال برق شهری افزایش می یابد.

این رابط الکتریکی از طریق ترانسفورماتور BESS، که به عنوان پیوند مهم بین سیستم های تبدیل توان و شبکه برق عمل می کند، به دست می آید.

 

2. توابع سیستم های ذخیره انرژی باتری

 

باتری-ذخیره انرژی (BESS) یک سیستم ذخیره انرژی مبتنی بر باتری است که به طور مؤثر برق تولید شده از منابع مختلف انرژی، از جمله زغال‌سنگ، انرژی هسته‌ای، باد و انرژی خورشیدی را به روش‌های مختلف ذخیره می‌کند. این می تواند برق اضافی را در طول دوره های اوج تولید انرژی تجدیدپذیر (خورشیدی و بادی) ذخیره کند و در صورت کاهش تولید یا افزایش مصرف آن را آزاد کند.

ترکیب BESS با منابع انرژی تجدیدپذیر به بهبود قابلیت اطمینان و پایداری شبکه کمک می‌کند و به طور کامل از برق سبز استفاده می‌کند. علاوه بر این، اگر راه‌حل به‌طور مناسب مقیاس‌بندی شده و به‌خوبی ادغام شود، این فناوری می‌تواند قیمت برق را متعادل کند و نیاز به مقاوم‌سازی شبکه‌های مبتنی بر سوخت‌های فسیلی-را کاهش دهد.

 

• پیک اصلاح و بارگذاری زیر
• بهبود کیفیت برق
• قابلیت اطمینان و پشتیبانی پشتیبان
• خدمات شبکه و پشتیبانی شبکه هوشمند

 

 

3. آنچه که طراحی ترانسفورماتور BESS واقعی را تعریف می کند

 

ترانسفورماتور BESS واقعی یک ترانسفورماتور توزیع اصلاح شده نیست.

این یک جزء الکتریکی تخصصی است که به طور خاص برای سیستم های ذخیره انرژی باتری طراحی شده است، جایی که چرخه، هارمونیک ها و جریان برق دو طرفه شرایط عملیاتی عادی هستند. این به طور قابل اعتماد در سیستم های الکتریکی دینامیکی یک سیستم ذخیره انرژی باتری عمل می کند و به طور مداوم با شرایط تغییر بار و شکل موج سازگار می شود.

 

3.1 طراحی شده برای چرخه انرژی مداوم

 

یک ترانسفورماتور BESS تحت سیکل های شارژ و دشارژ مکرر، اغلب چندین بار در روز کار می کند. این رفتار چرخه ای شرایط تنش حرارتی و الکتریکی را ایجاد می کند که در کاربردهای توزیع سنتی وجود ندارد.

ملاحظات کلیدی طراحی عبارتند از:

• سیستم خنک کننده ONAN / ONAF بهینه شده برای عملکرد چرخه ای
• مواد عایق درجه حرارت بالا برای استقامت حرارتی طولانی
• کنترل‌شده-افزایش دمای نقطه داغ تحت شرایط بار دینامیکی
• عملکرد پایدار تحت نوسانات بار مکرر

این امر قابلیت اطمینان بلندمدت-در سیستم ذخیره‌سازی انرژی را تضمین می‌کند که در آن توان عملیاتی مداوم انرژی مورد انتظار است.

 

3.2 هارمونیک-طراحی متحمل برای سیستم‌های مبتنی بر اینورتر-

 

در سیستم‌های الکتریکی مدرن BESS، سیستم‌های تبدیل توان (PCS) و اینورترها اعوجاج هارمونیک قابل‌توجهی و شرایط بارگذاری غیرخطی را معرفی می‌کنند.

بنابراین یک ترانسفورماتور BESS مناسب باید شامل موارد زیر باشد:

• K-طراحی دارای رتبه بندی فاکتور (معمولاً K-4 تا K-20 بسته به کاربرد)
• کاهش شار سرگردان و طراحی مسیر مغناطیسی بهینه
• ساختار سیم پیچ بهبود یافته برای به حداقل رساندن تلفات هارمونیک
• جریان گردابی کمتر و تلفات سرگردان اضافی

این ویژگی‌ها پایداری حرارتی و قابلیت اطمینان عملیاتی را در محیط‌های هارمونیک{0}}غنی نمونه‌ای از تأسیسات BESS در مقیاس بزرگ بهبود می‌بخشند.

3.3 سیستم عایق dv/dt بالا برای سوئیچینگ PCS

 

عملیات سوئیچینگ سریع در سیستم های PCS تنش ولتاژ dv/dt بالایی ایجاد می کند که فشار مداوم را بر روی سیستم های عایق ترانسفورماتور وارد می کند.

برای اطمینان از قابلیت اطمینان دی الکتریک درازمدت، یک ترانسفورماتور BESS واقعی نیاز دارد:

• قابلیت تحمل عایق dv/dt بالا
• ساختار عایق مقاوم در برابر تخلیه جزئی-
• طراحی هماهنگی دی الکتریک تقویت شده
• تحمل ولتاژ افزایش یافته برای شرایط گذرا

این رویکرد طراحی، ترانسفورماتور را از تنش الکتریکی تکراری-با فرکانس بالا که در سیستم ذخیره انرژی ایجاد می‌شود، محافظت می‌کند.

3.4 محافظ الکترومغناطیسی و پایداری شبکه

 

محافظ الکترواستاتیک و الکترومغناطیسی در برنامه‌های کاربردی BESS متصل{0}}به شبکه ضروری است، به ویژه در مواردی که کیفیت برق و پایداری شبکه بسیار مهم است.

توابع آن عبارتند از:

• کاهش کوپلینگ خازنی بین سیم پیچ ها
• سرکوب تداخل ولتاژ گذرا
• بهبود عملکرد سازگاری الکترومغناطیسی (EMC).
• افزایش پایداری در شرایط شبکه ضعیف

این امر به‌ویژه در سیستم‌های قدرت BESS مقیاسی که چندین اینورتر به صورت موازی کار می‌کنند بسیار مهم است.

 

3.5 کم-طراحی هسته تلفات برای عملیات با راندمان بالا-

 

از آنجایی که انرژی در یک سیستم BESS در هر دو چرخه شارژ و دشارژ از ترانسفورماتور عبور می کند، حتی تلفات کوچک می تواند به طور قابل توجهی بر راندمان کلی سیستم تأثیر بگذارد.

 

بهینه سازی های طراحی هسته معمولی عبارتند از:

این پیشرفت‌ها مستقیماً به بازده سفر{0}}بیشتر در BESS کمک می‌کنند.

 

3.6 سیستم های عایق ایمن-دوستانه و آتش نشانی{2}}

 

 

3.7 سیستم{1}}الزامات مهندسی سطح

یک ترانسفورماتور BESS باید با سیستم ذخیره انرژی کامل یکپارچه شود:

• امپدانس سفارشی برای بارهای PCS
• سازگاری با تنظیمات اینورتر چندگانه
• قابلیت اضافه بار بالا بدون تخریب عایق
• ادغام با تابلو و سیستم های حفاظتی
• پشتیبانی از عملیات دو طرفه

 

4. راه حل های ترانسفورماتور BESS توسط SCOTECH

 

SCOTECH راه حل های مهندسی شده ترانسفورماتور را برای BESS، پوشش ترانسفورماتورهای روی پد، ترانسفورماتورهای پست کوچک و ترانسفورماتورهای قدرت ارائه می دهد.

هر راه حل به طور خاص برای نیازهای سیستم الکتریکی BESS طراحی شده است مانند:

• جریان برق دو طرفه
• اعوجاج هارمونیک از سیستم های PCS
• عملیات دوچرخه سواری مداوم

به جای تجهیزات توزیع استاندارد، SCOTECH بر روی کاربرد مهندسی ترانسفورماتور خاص برای شرایط ذخیره سازی واقعی انرژی تمرکز می کند.

4.1. ترانسفورماتور روی پد برای کاربردهای BESS

 

ترانسفورماتورهای روی پد به طور گسترده در سیستم های BESS کانتینری و تجاری استفاده می شوند و یک رابط فشرده و کارآمد بین PCS و شبکه ارائه می دهند.

4.2. ترانسفورماتور پست کوچک برای یکپارچه سازی شبکه BESS

 

ترانسفورماتورهای پست کوچکدر سیستم‌های اتصال BESS ولتاژ متوسط، که در آن تهویه برق و انطباق با شبکه حیاتی است، استفاده می‌شوند.

 

4.3. ترانسفورماتور قدرت برای سیستم های سودمند{1}}مقیاس سازی سیستم های BESS

 

ترانسفورماتورهای قدرت در{0}مقیاس بزرگ نیروگاه‌های ذخیره‌سازی انرژی و پروژه‌های شبکه{1}سطح BESS استفاده می‌شوند، جایی که راندمان و قابلیت اطمینان مستقیماً بر ROI سیستم تأثیر می‌گذارند.

 

 

4.4. قابلیت مهندسی و یکپارچه سازی SCOTECH BESS

 

 

در یک سیستم ذخیره انرژی باتری (BESS)، ترانسفورماتور یک جزء مستقل نیست، بلکه یک رابط کلیدی بین PCS و شبکه است.

یک سیستم الکتریکی معمولی BESS شامل ماژول های باتری، BMS، PCS، ترانسفورماتور، تابلو برق و اتصال به شبکه است که در آن انرژی در حین شارژ و دشارژ در هر دو جهت جریان دارد.

برای اطمینان از عملکرد پایدار تحت این شرایط، SCOTECH ترانسفورماتورها را بر اساس نیازهای سیستم واقعی به جای تنظیمات استاندارد طراحی می کند.

 

قابلیت های کلیدی عبارتند از:
• طراحی سفارشی بر اساس پیکربندی PCS/اینورتر
• بهینه سازی برای مشخصات بار و عملیات دوچرخه سواری
• طراحی هارمونیک-متحمل برای سیستم های مبتنی بر اینورتر-
• تطبیق امپدانس برای یکپارچه سازی سیستم پایدار
• قابلیت اضافه بار بالا بدون کاهش عمر عایق
• مطابقت با استانداردهای IEEE / ANSI / CSA / IEC

 

ترانسفورماتورهای SCOTECH به طور گسترده در پروژه‌های BESS ترکیبی{0}در مقیاس، C&I و تجدیدپذیر + ذخیره‌سازی استفاده می‌شوند.

 

5. چرا طراحی ترانسفورماتور مستقیماً بر ROI تأثیر می گذارد

 

در سیستم ذخیره انرژی باتری (BESS)، ترانسفورماتور اغلب دست کم گرفته می شود.

اما مستقیماً تأثیر می گذارد:

6. نتیجه گیری

 

با ادامه گسترش سیستم های ذخیره انرژی باتری، ترانسفورماتور BESS به یک جزء حیاتی برای یکپارچه سازی شبکه، کارایی سیستم و قابلیت اطمینان عملیاتی تبدیل شده است. برخلاف ترانسفورماتورهای سنتی، باید جریان برق دو طرفه، چرخه پیوسته، هارمونیک ها و سوئیچینگ سریع اینورتر را تحمل کند. طراحی مناسب ترانسفورماتور مستقیماً بر عملکرد، پایداری و سوددهی بلند مدت پروژه های مدرن BESS تأثیر می گذارد.