คู่มือการออกแบบหม้อแปลง BESS: จากฮาร์โมนิคไปจนถึงการรวมกริด

 

1. การเชื่อมต่อระบบระหว่าง Grid และ BESS

 

ในระบบจัดเก็บพลังงานแบตเตอรี่ (BESS) การแยกทางไฟฟ้าระหว่างกริดและระบบจัดเก็บพลังงานถือเป็นสิ่งสำคัญในการปกป้องอินเวอร์เตอร์และระบบแบตเตอรี่จากสภาวะแรงดันไฟเกินและกระแสเกินที่เกิดจากการรบกวนของกริด

ในเวลาเดียวกัน จำเป็นต้องมีการแปลงแรงดันไฟฟ้าเพื่อให้ตรงกับระดับของระบบต่างๆ โดยทั่วไปจะเพิ่มจากเอาต์พุตอินเวอร์เตอร์ 400V เป็นแรงดันไฟฟ้าปฏิบัติการ BESS 690V หรือ 480V และเพิ่มขึ้นเป็นระดับกริดแรงดันไฟฟ้าปานกลาง-สำหรับการเชื่อมต่อโครงข่ายไฟฟ้า

อินเทอร์เฟซทางไฟฟ้านี้ทำได้ผ่านหม้อแปลง BESS ซึ่งทำหน้าที่เป็นจุดเชื่อมต่อที่สำคัญระหว่างระบบแปลงพลังงานและโครงข่ายไฟฟ้า

 

2. ฟังก์ชั่นของระบบจัดเก็บพลังงานแบตเตอรี่

 

แบตเตอรี่-การเก็บพลังงาน (BESS) เป็นระบบกักเก็บพลังงานที่ใช้แบตเตอรี่- ซึ่งกักเก็บไฟฟ้าที่สร้างจากแหล่งพลังงานต่างๆ ได้อย่างมีประสิทธิภาพ รวมถึงถ่านหิน นิวเคลียร์ ลม และพลังงานแสงอาทิตย์ ในรูปแบบต่างๆ สามารถกักเก็บไฟฟ้าส่วนเกินในช่วงที่มีการผลิตพลังงานหมุนเวียนสูงสุด (แสงอาทิตย์และลม) และปล่อยออกมาเมื่อการผลิตลดลงหรือการบริโภคเพิ่มขึ้น

การรวม BESS เข้ากับแหล่งพลังงานหมุนเวียนช่วยปรับปรุงความน่าเชื่อถือและเสถียรภาพของโครงข่ายไฟฟ้า โดยใช้ไฟฟ้าสีเขียวอย่างเต็มที่ นอกจากนี้ หากโซลูชันได้รับการปรับขนาดอย่างเหมาะสมและ-บูรณาการได้ดี เทคโนโลยีนี้สามารถสร้างสมดุลของราคาไฟฟ้าและลดความจำเป็นในการติดตั้งโครงข่ายเชื้อเพลิงฟอสซิล-เพิ่มเติม

 

• การโกนสูงสุดและการโหลดที่ตามมา
• การปรับปรุงคุณภาพไฟฟ้า
• ความน่าเชื่อถือและการสนับสนุนการสำรองข้อมูล
• บริการกริดและการสนับสนุนกริดอัจฉริยะ

 

 

3. อะไรเป็นตัวกำหนดการออกแบบหม้อแปลง BESS ที่แท้จริง

 

หม้อแปลง BESS ที่แท้จริงไม่ใช่หม้อแปลงไฟฟ้าระบบจำหน่ายแบบดัดแปลง

เป็นส่วนประกอบทางไฟฟ้าเฉพาะทางที่ออกแบบมาโดยเฉพาะสำหรับระบบจัดเก็บพลังงานแบตเตอรี่ โดยที่การหมุนเวียน ฮาร์โมนิค และการไหลของพลังงานแบบสองทิศทางเป็นสภาวะการทำงานปกติ ทำงานได้อย่างน่าเชื่อถือภายในระบบไฟฟ้าแบบไดนามิกของระบบจัดเก็บพลังงานแบตเตอรี่ โดยปรับให้เข้ากับสภาวะโหลดและรูปคลื่นที่เปลี่ยนแปลงอย่างต่อเนื่อง

 

3.1 ออกแบบมาเพื่อการหมุนเวียนพลังงานอย่างต่อเนื่อง

 

หม้อแปลง BESS ทำงานภายใต้วงจรการชาร์จและคายประจุซ้ำๆ ซึ่งมักจะหลายครั้งต่อวัน พฤติกรรมการหมุนเวียนนี้สร้างสภาวะความเค้นความร้อนและไฟฟ้าที่ไม่มีอยู่ในการกระจายแบบดั้งเดิม

ข้อควรพิจารณาในการออกแบบที่สำคัญได้แก่:

• ปรับระบบระบายความร้อน ONAN / ONAF ให้เหมาะสมสำหรับการทำงานแบบวนรอบ
• วัสดุฉนวนความร้อนสูงเพื่อความทนทานต่อความร้อนที่ยาวนานขึ้น
• ควบคุม-อุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นของจุดร้อนภายใต้สภาวะโหลดแบบไดนามิก
• ประสิทธิภาพที่มั่นคงภายใต้ความผันผวนของโหลดบ่อยครั้ง

ซึ่งรับประกันความน่าเชื่อถือในระยะยาว-ในระบบกักเก็บพลังงานที่คาดว่าจะมีปริมาณพลังงานอย่างต่อเนื่อง

 

3.2 การออกแบบที่ทนทาน-ฮาร์มอนิกสำหรับระบบที่ใช้อินเวอร์เตอร์-

 

ในระบบไฟฟ้า BESS สมัยใหม่ ระบบแปลงกำลัง (PCS) และอินเวอร์เตอร์ทำให้เกิดการบิดเบือนฮาร์มอนิกอย่างมีนัยสำคัญและสภาวะโหลดที่ไม่ใช่-เชิงเส้น

หม้อแปลง BESS ที่เหมาะสมจึงต้องประกอบด้วย:

• การออกแบบที่ให้คะแนนปัจจัย K- (โดยทั่วไปคือ K-4 ถึง K-20 ขึ้นอยู่กับการใช้งาน)
• ลดฟลักซ์หลงทางและการออกแบบเส้นทางแม่เหล็กให้เหมาะสม
• ปรับปรุงโครงสร้างขดลวดเพื่อลดการสูญเสียฮาร์โมนิค
• ลดกระแสไหลวนและการสูญเสียหลงทางเพิ่มเติม

คุณลักษณะเหล่านี้ปรับปรุงความเสถียรทางความร้อนและความน่าเชื่อถือในการดำเนินงานในสภาพแวดล้อมที่มีฮาร์มอนิก{0}}สมบูรณ์ ซึ่งโดยทั่วไปของการติดตั้ง BESS ขนาดใหญ่-

3.3 ระบบฉนวน dv/dt สูงสำหรับการสลับ PCS

 

การดำเนินการสวิตชิ่งอย่างรวดเร็วในระบบ PCS ทำให้เกิดความเครียดแรงดันไฟฟ้า dv/dt สูง ซึ่งสร้างแรงกดดันอย่างต่อเนื่องให้กับระบบฉนวนของหม้อแปลง

เพื่อให้มั่นใจถึงความน่าเชื่อถือของไดอิเล็กทริก{0}}ในระยะยาว หม้อแปลง BESS ที่แท้จริงต้องการ:

• ความสามารถในการทนต่อฉนวน dv/dt สูง
• โครงสร้างฉนวนต้านทานการคายประจุบางส่วน-
• การออกแบบการประสานงานอิเล็กทริกเสริมแรง
• ความทนทานต่อแรงดันไฟกระชากที่เพิ่มขึ้นสำหรับสภาวะชั่วคราว

วิธีการออกแบบนี้ช่วยปกป้องหม้อแปลงจากความเครียดทางไฟฟ้าความถี่สูง-ซ้ำๆ ที่เกิดขึ้นภายในระบบกักเก็บพลังงาน

3.4 การป้องกันแม่เหล็กไฟฟ้าและความเสถียรของกริด

 

การป้องกันไฟฟ้าสถิตและแม่เหล็กไฟฟ้าถือเป็นสิ่งสำคัญในแอปพลิเคชัน BESS ที่เชื่อมต่อกับโครงข่าย- โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อคุณภาพกำลังไฟฟ้าและเสถียรภาพของโครงข่ายมีความสำคัญอย่างยิ่ง

หน้าที่ประกอบด้วย:

• ลดการมีเพศสัมพันธ์แบบ capacitive ระหว่างขดลวด
• ปราบปรามการรบกวนแรงดันไฟฟ้าชั่วคราว
• การปรับปรุงประสิทธิภาพความเข้ากันได้ทางแม่เหล็กไฟฟ้า (EMC)
• ปรับปรุงเสถียรภาพในสภาพกริดที่อ่อนแอ

สิ่งนี้สำคัญอย่างยิ่งในระบบไฟฟ้า BESS ระดับสาธารณูปโภค-ซึ่งมีอินเวอร์เตอร์หลายตัวทำงานแบบขนาน

 

3.5 การออกแบบหลักที่สูญเสีย-ต่ำเพื่อการดำเนินงานที่มีประสิทธิภาพสูง-

 

เนื่องจากพลังงานในระบบ BESS ไหลผ่านหม้อแปลงไฟฟ้าในระหว่างรอบการชาร์จและการคายประจุ แม้แต่การสูญเสียเพียงเล็กน้อยก็สามารถส่งผลกระทบอย่างมีนัยสำคัญต่อประสิทธิภาพโดยรวมของระบบ

 

การปรับปรุงการออกแบบหลักโดยทั่วไป ได้แก่:

การปรับปรุงเหล่านี้มีส่วนโดยตรงต่อประสิทธิภาพการไปกลับ-ที่สูงขึ้นใน BESS

 

3.6 ระบบฉนวนที่ปลอดภัย-เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมและกันไฟ-

 

 

3.7 ระบบ-ข้อกำหนดทางวิศวกรรมระดับ

หม้อแปลงไฟฟ้า BESS จะต้องรวมเข้ากับระบบกักเก็บพลังงานเต็มรูปแบบ:

• อิมพีแดนซ์แบบกำหนดเองสำหรับโหลด PCS
• ความเข้ากันได้กับการกำหนดค่าอินเวอร์เตอร์หลายตัว
• ความสามารถในการโอเวอร์โหลดสูงโดยไม่มีการเสื่อมสภาพของฉนวน
• บูรณาการกับสวิตช์เกียร์และระบบป้องกัน
• รองรับการทำงานแบบสองทิศทาง

 

4. โซลูชั่นหม้อแปลง BESS โดย SCOTECH

 

SCOTECH นำเสนอโซลูชันหม้อแปลงที่ออกแบบทางวิศวกรรมสำหรับ BESS ซึ่งครอบคลุมถึงหม้อแปลงแบบติดตั้งแบบแพด หม้อแปลงสถานีย่อยขนาดเล็ก และหม้อแปลงไฟฟ้ากำลัง

แต่ละโซลูชันได้รับการออกแบบมาโดยเฉพาะสำหรับข้อกำหนดของระบบไฟฟ้า BESS เช่น:

• การไหลของพลังงานแบบสองทิศทาง
• ความเพี้ยนฮาร์มอนิกจากระบบพีซีเอส
• การดำเนินการปั่นจักรยานอย่างต่อเนื่อง

แทนที่จะใช้อุปกรณ์กระจายแบบมาตรฐาน SCOTECH มุ่งเน้นไปที่การประยุกต์ใช้-วิศวกรรมหม้อแปลงเฉพาะสำหรับสภาวะการจัดเก็บพลังงานจริง

4.1. หม้อแปลงไฟฟ้าแบบติดแผ่นสำหรับการใช้งาน BESS

 

หม้อแปลงแบบติดแผ่นถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในระบบ BESS เชิงพาณิชย์และแบบตู้คอนเทนเนอร์ โดยให้อินเทอร์เฟซที่กะทัดรัดและมีประสิทธิภาพระหว่าง PCS และกริด

4.2. หม้อแปลงไฟฟ้าสถานีย่อยขนาดเล็กสำหรับการรวมกริด BESS

 

หม้อแปลงไฟฟ้าสถานีย่อยขนาดเล็กใช้ในระบบเชื่อมต่อโครงข่าย BESS แรงดันไฟฟ้าปานกลาง- ซึ่งการปรับสภาพกำลังไฟฟ้าและการปฏิบัติตามข้อกำหนดของโครงข่ายเป็นสิ่งสำคัญ

 

4.3. หม้อแปลงไฟฟ้าสำหรับยูทิลิตี้-ปรับขนาดระบบ BESS

 

หม้อแปลงไฟฟ้ากำลังถูกนำไปใช้ใน-โรงงานกักเก็บพลังงานขนาดใหญ่และโครงการ-ระดับกริด BESS ซึ่งประสิทธิภาพและความน่าเชื่อถือส่งผลโดยตรงต่อ ROI ของระบบ

 

 

4.4. ความสามารถทางวิศวกรรมและการบูรณาการของ SCOTECH BESS

 

 

ในระบบกักเก็บพลังงานแบตเตอรี่ (BESS) หม้อแปลงไฟฟ้าไม่ใช่ส่วนประกอบแบบสแตนด์อโลน แต่เป็นส่วนติดต่อหลักระหว่าง PCS และกริด

ระบบไฟฟ้า BESS ทั่วไปประกอบด้วยโมดูลแบตเตอรี่, BMS, PCS, หม้อแปลงไฟฟ้า, สวิตช์เกียร์ และการเชื่อมต่อโครงข่าย โดยที่พลังงานจะไหลทั้งสองทิศทางระหว่างการชาร์จและการคายประจุ

เพื่อให้มั่นใจว่าการทำงานมีความเสถียรภายใต้สภาวะเหล่านี้ SCOTECH ได้ออกแบบหม้อแปลงตามความต้องการของระบบจริงมากกว่าการกำหนดค่ามาตรฐาน

 

ความสามารถที่สำคัญ ได้แก่ :
• การออกแบบที่กำหนดเองตามการกำหนดค่า PCS/อินเวอร์เตอร์
• การเพิ่มประสิทธิภาพสำหรับโปรไฟล์โหลดและการดำเนินการปั่นจักรยาน
• การออกแบบที่ทนทานต่อฮาร์โมนิก-สำหรับระบบที่ขับเคลื่อนด้วยอินเวอร์เตอร์-
• การจับคู่อิมพีแดนซ์เพื่อการรวมระบบที่เสถียร
• ความสามารถในการโอเวอร์โหลดสูงโดยไม่ทำให้อายุการใช้งานของฉนวนลดลง
• สอดคล้องกับมาตรฐาน IEEE / ANSI / CSA / IEC

 

หม้อแปลง SCOTECH มีการใช้กันอย่างแพร่หลายในโครงการ-ขนาดสาธารณูปโภค, C&I และโครงการ BESS แบบไฮบริด + พื้นที่จัดเก็บข้อมูล

 

5. เหตุใดการออกแบบหม้อแปลงจึงส่งผลกระทบโดยตรงต่อ ROI

 

ในระบบกักเก็บพลังงานแบตเตอรี่ (BESS) หม้อแปลงไฟฟ้ามักถูกประเมินต่ำเกินไป

แต่มันส่งผลโดยตรงต่อ:

6. บทสรุป

 

ในขณะที่ระบบกักเก็บพลังงานแบตเตอรี่ขยายตัวอย่างต่อเนื่อง หม้อแปลง BESS ได้กลายเป็นส่วนประกอบที่สำคัญสำหรับการรวมโครงข่ายไฟฟ้า ประสิทธิภาพของระบบ และความน่าเชื่อถือในการดำเนินงาน ต่างจากหม้อแปลงแบบเดิมตรงที่ต้องทนทานต่อการไหลของพลังงานแบบสองทิศทาง การหมุนเวียนอย่างต่อเนื่อง ฮาร์โมนิค และการสลับอินเวอร์เตอร์ที่รวดเร็ว การออกแบบหม้อแปลงที่เหมาะสมส่งผลโดยตรงต่อประสิทธิภาพ ความเสถียร และความสามารถในการทำกำไรในระยะยาว-ของโครงการ BESS สมัยใหม่