I. Aplikovateľné štandardy a základné definície
1. Platné národné normy
GB/T 51048-2025 *Štandard pre návrh elektrochemických elektrární na akumuláciu energie*; GB/T 34120 *Technická špecifikácia pre systémy na konverziu energie akumulácie energie (PCS)*; GB/T 14549 *Harmonika vo verejných zásobovacích sieťach*; normy série GB/T 1094 pre výkonové transformátory; Norma IEC 60726 pre transformátory suchého typu.
2. Umiestnenie zariadenia
Usmerňovací transformátor spárovaný s PCS je obojsmerný usmerňovač s fázovým{0}}posúvaním a izolačná jednotka. Počas fázy nabíjania zníži striedavé napätie zo siete a upraví ho, aby nabil batériu. Počas fázy vybíjania spracováva jednosmerný výstup z batérie (cez invertor), aby napájal energiu späť do siete, čo umožňuje obojsmerný prenos energie v štyroch-kvadrantoch. Integruje štyri kľúčové funkcie-transformáciu napätia, elektrickú izoláciu, potláčanie harmonických a{6}}obmedzenie skratového prúdu-, čím sa odlišuje od jednosmerných priemyselných usmerňovacích transformátorov a štandardných distribučných transformátorov.
3. Typické aplikačné scenáre
1) Rezidenčné / C&I (komerčné a priemyselné) zásobníky energie (0,4 kV nízkonapäťové- PCS, 50 kW – 2 MW)
2) Prefabrikované jednotky na uskladnenie energie spárované s FV (10kV zber, 2–10MW)
3) Large-scale standalone energy storage power stations / shared energy storage (35kV high-voltage, >10 MW)
4) Mikrosiete a mimo-mriežky-vytvárajúce systémy na ukladanie energie
Základné prevádzkové charakteristiky: Obojsmerný tok energie, časté kolísanie výkonu, krátkodobé-preťaženie, harmonická superpozícia, prísne požiadavky na bezpečnosť pri požiari a výbuchu a nepretržité prerušované cyklické-vybíjanie.
II. Aplikačné špecifikácie pre usmerňovacie transformátory PCS na ukladanie energie
(I) Špecifikácie elektrickej prevádzky
1. Špecifikácia vyváženia obojsmerného magnetického obvodu:Symetrický dizajn vinutí a jadra zaisťuje rovnaké hysterézne straty v smere nabíjania aj vybíjania, čím zabraňuje prehriatiu spôsobenému jednosmerným jednosmerným predpätím (magnetické predpätie); priama náhrada jednosmernými usmerňovacími transformátormi (typicky používanými pre elektrolytické aplikácie) je zakázaná.
2. Špecifikácie tolerancie kolísania zaťaženia:Nepretržitá cyklická prevádzka povolená v rozsahu menovitého výkonu 20 % – 100 %; krátkodobá-preťažovacia kapacita 1,25-násobku menovitého výkonu počas 60 sekúnd; stabilný výkon udržiavaný pri kolísaní sieťového napätia ±10 % a frekvenčných odchýlkach ±2 %, s reguláciou napätia 3 alebo menej.
3. Špecifikácie povinného harmonického riadenia:Units with a capacity >500 kVA musí využívať 12-pulznú (alebo vyššiu) fázovú-štruktúru posunu; veľkokapacitné{7}}akumulačné stanice energie S výkonom väčším alebo rovným 3 000 kVA by sa mala uprednostňovať 24-pulzná štruktúra. Prúd THD na strane siete musí spĺňať požiadavky na pripojenie k verejnej sieti (THD Menšie alebo rovné 8 % pre 12-impulzové, THD Menšie alebo rovné 3 % pre 24-pulzné), aby sa minimalizovala potreba dodatočného zariadenia na kompenzáciu jalového výkonu.
4. Špecifikácie obmedzenia skratového-prúdu:Impedancia skratu{0}} štandardizovaná na 4 % – 7 % na vyváženie potlačenia prepätia komutácie s kontrolou poklesu napätia počas obojsmerného napájania siete; príliš nízka impedancia predstavuje riziko poškodenia napájacích modulov PCS, zatiaľ čo príliš vysoká impedancia zvyšuje straty energie počas nabíjania a vybíjania.
5. DC izolácia a bezpečnostné špecifikácie:Zosilnená izolácia medzi vysoko/nízkonapäťovými-vinutiami a viacerými sadami sekundárnych fázových-vinutí s posuvným-napätím s frekvenčným výdržným napätím vyšším alebo rovným 3,5 kV; navrhnuté tak, aby blokovali poruchy jednosmerného prúdu z batérie šíriace sa do siete a zmierňovali riziká spojené s ostrovným a reverzným prepätím.
(II) Špecifikácie aplikácie v oblasti životného prostredia a požiarnej bezpečnosti
1. Pre prefabrikované kontajnery a vnútorné priestory na skladovanie energie sú povolené iba suché epoxidové-typy{2}}odlievané jednotky;-ponorené v olejizariadenia sú v týchto priestoroch prísne zakázané. Nezávislé vonkajšie vysokonapäťové-distribučné miestnosti, v ktorých sú umiestnené olejové-transformátory, musia byť vybavené protipožiarnymi-záchytnými nádržami na olej a plynovými-systémami na potlačenie požiaru.
2. Normy environmentálnej tolerancie:Rozsah prevádzkovej teploty od -25 stupňov do +40 stupňov; relatívna vlhkosť Menej ako alebo rovnajúcej sa 95 % (bez-kondenzácie). Jednotky nasadené v pobrežnom (soľný sprej) alebo v priemyselnom (korozívnom) prostredí musia mať antikorózne nátery "3-proof" (vlhkosť, soľný sprej a pleseň) a všetky spojovacie prvky musia byť vyrobené z nehrdzavejúcej ocele 304.
3. Špecifikácie triedy izolácie:Izolácia triedy F pre štandardné vnútrozemské systémy skladovania energie; Izolácia triedy H pre-vysokovlhkostné, pobrežné a vonkajšie kontajnerové jednotky. Návrhy na zvýšenie teploty musia zahŕňať rezervu aspoň 10 K, aby sa zabezpečilo nepretržité vytváranie tepla počas cyklického nabíjania a vybíjania. 4. Stupeň ochrany: IP23 pre vnútorné použitie; IP54 plne utesnené pre vonkajšie prefabrikované kabíny (odolné proti prachu-, vodotesné a-odolné voči kondenzácii). Priame spustenie je možné po vypnutí-bez predbežného sušenia.
(III) Špecifikácie pripojenia-do siete a ochrany
1. Signály regulácie teploty, bezpotenciálové kontakty a komunikačné rozhrania Modbus musia byť zahrnuté ako štandard; tieto sa musia pripojiť k EMS zásobníka energie a prepojiť s PCS a BMS kvôli ochrane.
2. Logika ochrany:Viacúrovňové alarmy pre-prehriatie vinutia; vysokoteplotné{1}}výpady spúšťajú vypnutie PCS a blokujú nabíjanie/vybíjanie. Ochrana zahŕňa prepäťové-funkcie, pod{4}}napätie, nulovú{5}}sekvenciu a skrat{6}}funkcie, koordinujúce s PCS pre prechod vysokého/nízkého napätia-(HVRT/LVRT) a ochranu proti-ostrovu.
3. Špecifikácie paralelného pripojenia viacerých-PCS:V prípade viacerých usmerňovacích transformátorov v tej istej kabíne musia byť impedancia, transformačný pomer a uhol fázového-posunu identické (chyba fázového{1}}posunu menšia alebo rovná ±1 stupeň ), aby sa predišlo cirkulujúcim prúdom a nevyváženosti záťaže.
III. Povinné požiadavky na konfiguráciu systému
(I) Výpočty konfigurácie kapacity a požiadavky na rezervy
1. Vzorec na výpočet
Menovitá kapacita S (kVA)=PCS Menovitý aktívny výkon P ÷ Faktor výkonu (cosφ) ÷ Účinnosť usmerňovača (η) × Koeficient marže. Štandardné cosφ je 0,95; obojsmerná kombinovaná účinnosť je 0,94–0,96.
2. Konfigurácia vrstveného okraja
C&I (komerčné a priemyselné)-ukladanie energie v ustálenom stave: 1,2-násobok marže;
FV-spojené ukladanie energie (vysoké kolísanie slnečného žiarenia): 1,25–1,3x;
Samostatné veľké{0}}ukladanie energie s reguláciou základnej frekvencie (často vysoký{1}}výkon): 1,3-násobok alebo väčší.
Príklad: Pre 500kW PCS s cosφ=0.95 je štandardnou konfiguráciou 630kVA usmerňovací transformátor.
3. Konfigurácia redundancie: Klastre na uskladnenie energie s výkonom presahujúcim 10 MW musia využívať redundanciu transformátora usmerňovača N{1}}, aby zlyhanie jednej jednotky neprerušilo celkový výkon systému na ukladanie energie.
(II) Kapacitne{0}}konfiguračné schémy pre pulzné{1}}vlnové topológie
1. Kapacita rovná alebo menšia ako 500 kVA (Malý-akumulátor energie v domácnostiach):6-pulzné usmernenie; nízke náklady; spárované s jednoduchým pasívnym filtrovaním.
2. 500–3 000 kVA (priemyselné/komerčné a prefabrikované zásobníky energie v kontajneroch):12-impulzná fáza-rektifikácie (priemyselný štandard); dvojité-rozdelené fázové-posuvné vinutia; harmonický výkon vo veľkej väčšine prípadov spĺňa kritériá prijatia{5}}pripojení do siete; za projektové možnosti možno považovať špecializované usmerňovače suchého typu na skladovanie energie dostupné na trhu.
3. Väčšie alebo rovné 3 000 kVA (veľké-samostatné elektrárne na ukladanie energie):náprava s 24-fázovým{2}}impulzným posunom; viacstupňové harmonické zrušenie; spĺňa prísne požiadavky na kvalitu elektrickej energie zo siete; znižuje pôdorys filtračných skríň.
(III) Požiadavky na konfiguráciu chladiacej konštrukcie
1. Epoxidový-odlievaný suchý-typ prirodzeného chladenia (AN):Kapacita rovná alebo menšia ako 800 kVA; pre malé-obytné použitie alebo vstavané{2}}aplikácie PCS.
2. Suchý-typ núteného chladenia vzduchom (AF):Pre prefabrikované zásobníky energie > 800 kVA; duálne-redundantné ventilátory s reguláciou teploty-; okamžité alarmy pri poruche ventilátora.
3. Veľkokapacitné-vonkajšie vysokonapäťové zberné stanice 35 kV:Olejom-ponorné nútené-vzduchom chladené (OFAF) usmerňovacie transformátory; vybavené ochrannými systémami monitorujúcimi hladinu oleja, plynu (Buchholzove relé) a teplotu oleja.
(IV) Konfiguračné normy pre materiály jadra a vinutia
1. Jadro:Plechy z kremíkovej ocele vysokej{0}}triedy s nízkou{1}}hysteréznou zrnitosťou-; jadrá z amorfnej zliatiny sú možnosťou pre veľkokapacitné skladovanie energie, čím sa znížia-straty bez záťaže o 40 % počas obojsmerných cyklov nabíjania/vybíjania, znižujú sa straty energie na kWh a optimalizuje sa celková energetická účinnosť elektrárne.
2. Navíjanie:Čisté medené-vodiče bez obsahu kyslíka; konštrukcia s nízkou prúdovou hustotou (menej alebo rovná 2,2 A/mm²); zosilnený koniec vinutia-otáča sa, aby odolal elektromechanickému namáhaniu spôsobenému-vysokofrekvenčným prepínaním napájania PCS; hliníkové vinutia sú zakázané z dôvodu náchylnosti na prehriatie a starnutie počas dlhodobého-cyklického nabíjania a vybíjania.
(V) Pomocné monitorovanie a konfigurácia príslušenstva
1. Štandardná konfigurácia obsahuje trojfázové zariadenie na monitorovanie teploty platinového odporu vinutia na monitorovanie teploty horného a spodného vinutia v reálnom čase.
2. Kryt je vybavený odvlhčovacím ohrievačom na potlačenie kondenzácie na kryte v prostredí s vysokou-vlhkosťou.
3. Rozhrania pre RC (odporový-kondenzátor) tlmiace obvody sú vyhradené na sekundárnej strane, aby absorbovali prechodné prepätia generované počas obojsmerného prepínania PCS.
4. Flexibilné pripojenia sa používajú pre vstupné/výstupné vedenia vysokého{1}} a nízkeho{2}}napätia na absorbovanie vibrácií počas prepravy a prevádzky, čím sa predchádza prehriatiu alebo uvoľneniu koncovky.
IV. Štandardizované konfiguračné schémy podľa aplikačného scenára
1. Komerčné a priemyselné (C&I) skladovanie energie (50 kW – 2 MW, 0,4 kV)
Konfigurácia:12-pulzný epoxidový-suchý liaty-usmerňovací transformátor; izolácia triedy F; krytie IP23; nútené chladenie vzduchom; 1,2x kapacitná rezerva; základné monitorovanie teploty; vstavané-vinutia s fázovým posunom pre harmonické potlačenie.
2. FV-Integrované prefabrikované zásobníkové zásobníky energie (2 – 10 MW, 10 kV)
Konfigurácia:12/24-impulzný vysokonapäťový-suchý-usmerňovací transformátor; Izolácia triedy H „3-odolná“ (odolná voči vlhkosti, plesniam a posypovej soli); Plne utesnený kryt IP54; duálne redundantné ventilátory; plná komunikácia RS-485; ochrana spojená s EMS; 1,25–1,3-násobok kapacitnej rezervy.
3. Veľké-samostatné zdieľané úložisko energie (väčšie alebo rovné 10 MW, 35 kV)
Konfigurácia:24-impulzný fázový{2}}usmerňovací transformátor; vysokonapäťový{3}}olejový-model ponorený (chladený núteným vzduchom-) alebo veľkokapacitný-suchý-typ; nízkostratové jadro z amorfnej zliatiny; komplexná viacvrstvová{10}ochrana (Buchholz/plyn, teplota oleja, teplota vinutia); N+1 redundancia; navrhnutý pre vysokovýkonnú obojsmernú prevádzku (regulácia frekvencie siete a špičkové oholenie).
4. Vypnutý-systém na ukladanie energie Microgrid
Konfigurácia:12-impulzný izolačný usmerňovací transformátor; dizajn širokorozsahovej regulácie napätia; miera regulácie napätia Menšia alebo rovná 2 %; prispôsobené na časté kolísanie napätia mikrosiete; vylepšená obojsmerná prepäťová ochrana.
V. Zákazy a úskalia v konfigurácii a výbere
1. prísne zakázať používanie jednosmerných (jednosmerných{1}}) usmerňovacích transformátorov-určených pre štandardnú metalurgiu alebo galvanické pokovovanie-ako náhrady za obojsmerné usmerňovacie transformátory na uchovávanie energie; konštrukcie jednosmerných magnetických obvodov vedú k vážnemu jednosmernému predpätiu a prehriatiu počas operácií vybíjania.
2. Usmerňovacie zariadenia ponorené do oleja- sa nesmú používať vo vnútri prefabrikovaných skríň na skladovanie energie, pretože to porušuje konštrukčné normy požiarnej bezpečnosti pre systémy skladovania energie.
3. Nepoužívajte jednoduché 6{2}}pulzné konfigurácie pre veľkokapacitné systémy na ukladanie energie; nadmerné harmonické môžu mať za následok penalizáciu siete a interferovať s riadiacimi systémami BMS/PCS.
4. Nerobte kompromisy v kapacitných rozpätiach; časté, vysoké{1}}cykly nabíjania a vybíjania, ktoré sú charakteristické pre ukladanie energie s reguláciou frekvencie, môžu ľahko spôsobiť-dlhodobé preťaženie transformátora a časté vypnutie ochrany.
5. V paralelných systémoch s viacerými -PCS nemiešajte usmerňovacie transformátory s rôznymi hodnotami impedancie alebo impulzov; to vytvára masívne cirkulujúce prúdy, ktoré môžu spáliť výkonové komponenty.
VI. Normy prevádzky a údržby
1. Pravidelne monitorujte nárast teploty vinutia a teploty koncoviek; štvrťročne očistite prach z povrchu suchých{1}}skriniek transformátorov.
2. V pobrežných oblastiach náchylných na slanú hmlu každoročne skontrolujte antikorózne nátery krytu- a vykonajte odstránenie hrdze a údržbu spojovacích prvkov.
3. Po spustení/vypnutí systému- alebo výrazných zmenách výstupného výkonu analyzujte teplotu transformátora a harmonické prevádzkové krivky, aby ste identifikovali potenciálne riziká súvisiace s jednosmerným predpätím alebo prehriatím.
4. Vykonajte ročné testy izolačného odporu a odolnosti voči napätiu, aby ste posúdili starnutie izolácie v obojsmerných prevádzkových podmienkach a zaistili bezpečnosť jednosmernej izolácie na strane batérie.
VII. Zhrnutie
Základný dizajn usmerňovacích transformátorov PCS na uchovávanie energie sa sústreďuje na štyri kľúčové požiadavky: obojsmerný prenos energie, cyklické kolísavé zaťaženie, požiarna a výbuchová bezpečnosť a limity harmonických pri pripojení-do siete. Konfigurácia by mala byť prispôsobená kapacite a aplikačnému scenáru elektrárne-s výberom vhodných impulzných štruktúr, spôsobov chladenia, ochrany izolácie a kapacitných rezerv-a súčasne implementovať podporné požiadavky na reguláciu teploty, komunikáciu a blokovaciu ochranu. Konfigurácie suchého-viacnásobného-impulzného fázového{7}}transformátoru sú v súčasnosti hlavnou voľbou pre prefabrikované elektrochemické jednotky na uchovávanie energie a komerčné/priemyselné systémy na uchovávanie energie. Pre veľkokapacitné samostatné úložisko energie možno podľa potreby zvoliť 24-impulznú schému vysokého{12}}napäťového usmerňovania; tento prístup spĺňa{13}}štandardy pripojenia k sieti, pričom znižuje straty{14}vybíjaním počas celého životného cyklu systému a zaisťuje dlhodobú, bezpečnú a stabilnú prevádzku batérií a systémov PCS.
