Guia de design de transformadores BESS: dos harmônicos à integração com a rede

 

1. Interface do sistema entre Grid e BESS

 

Em sistemas de armazenamento de energia de bateria (BESS), o isolamento elétrico entre a rede e o sistema de armazenamento de energia é essencial para proteger os inversores e os sistemas de bateria contra condições de sobretensão e sobrecorrente causadas por distúrbios da rede.

Ao mesmo tempo, a conversão de tensão é necessária para corresponder a diferentes níveis do sistema, normalmente aumentando da saída do inversor de 400 V para a tensão operacional BESS de 690 V ou 480 V e ainda para níveis de rede de média-tensão para interconexão de serviços públicos.

Esta interface elétrica é obtida através do transformador BESS, que serve como elo crítico entre os sistemas de conversão de energia e a rede elétrica.

 

2. Funções dos sistemas de armazenamento de energia de bateria

 

O-armazenamento de energia por bateria (BESS) é um sistema-de armazenamento de energia baseado em bateria que armazena efetivamente a eletricidade gerada a partir de diversas fontes de energia, incluindo carvão, energia nuclear, eólica e solar, de diversas maneiras. Pode armazenar o excesso de eletricidade durante os períodos de pico de geração de energia renovável (solar e eólica) e liberá-lo quando a geração diminui ou o consumo aumenta.

A combinação do BESS com fontes de energia renováveis ​​ajuda a melhorar a fiabilidade e a estabilidade da rede, utilizando plenamente a eletricidade verde. Além disso, se a solução for adequadamente dimensionada e bem{1}}integrada, essa tecnologia poderá equilibrar os preços da eletricidade e reduzir a necessidade de modernização de redes baseadas em combustíveis fósseis-.

 

• Corte de pico e acompanhamento de carga
• Melhoria da qualidade da energia
• Confiabilidade e suporte de backup
• Serviços de rede e suporte para rede inteligente

 

 

3. O que define um verdadeiro design de transformador BESS

 

Um verdadeiro transformador BESS não é um transformador de distribuição modificado.

É um componente elétrico especializado projetado especificamente para sistemas de armazenamento de energia de bateria, onde o ciclo, os harmônicos e o fluxo de energia bidirecional são condições normais de operação. Ele opera de forma confiável dentro dos sistemas elétricos dinâmicos de um sistema de armazenamento de energia de bateria, adaptando-se continuamente às mudanças nas condições de carga e forma de onda.

 

3.1 Projetado para Ciclo de Energia Contínua

 

Um transformador BESS opera sob repetidos ciclos de carga e descarga, muitas vezes várias vezes por dia. Este comportamento cíclico cria condições de estresse térmico e elétrico que não estão presentes nas aplicações de distribuição tradicionais.

As principais considerações de design incluem:

• Sistema de resfriamento ONAN / ONAF otimizado para operação cíclica
• Materiais de isolamento de alta classe térmica para maior resistência térmica
• Aumento controlado da temperatura-do ponto quente sob condições de carga dinâmica
• Desempenho estável sob flutuações frequentes de carga

Isso garante confiabilidade-de longo prazo no sistema de armazenamento de energia onde é esperado um rendimento contínuo de energia.

 

3.2 Projeto-tolerante a harmônicos para sistemas baseados em inversores-

 

Nos sistemas elétricos BESS modernos, os sistemas de conversão de energia (PCS) e os inversores introduzem distorções harmônicas significativas e condições de carga não{0}}lineares.

Um transformador BESS adequado deve, portanto, incluir:

• K-Design com classificação de fator (normalmente K-4 a K-20, dependendo da aplicação)
• Fluxo parasita reduzido e design de caminho magnético otimizado
• Estrutura de enrolamento aprimorada para minimizar perdas harmônicas
• Menor corrente parasita e perdas parasitas adicionais

Esses recursos melhoram a estabilidade térmica e a confiabilidade operacional em ambientes ricos-em harmônicos, típicos de instalações BESS em grande-escala.

3.3 Sistema de isolamento de alto dv/dt para comutação PCS

 

Operações de comutação rápida em sistemas PCS geram alto estresse de tensão dv/dt, o que coloca pressão contínua nos sistemas de isolamento do transformador.

Para garantir a confiabilidade dielétrica de longo prazo, um verdadeiro transformador BESS requer:

• Alta capacidade de resistência ao isolamento dv/dt
• Estrutura de isolamento-resistente a descargas parciais
• Projeto de coordenação dielétrica reforçada
• Tolerância aprimorada de tensão de surto para condições transitórias

Essa abordagem de projeto protege o transformador contra estresse elétrico repetitivo de alta-frequência gerado no sistema de armazenamento de energia.

3.4 Blindagem Eletromagnética e Estabilidade da Rede

 

A blindagem eletrostática e eletromagnética é essencial em aplicações BESS{0}}conectadas à rede, especialmente onde a qualidade da energia e a estabilidade da rede são críticas.

Suas funções incluem:

• Reduzindo o acoplamento capacitivo entre enrolamentos
• Suprimindo interferência de tensão transitória
• Melhorando o desempenho da compatibilidade eletromagnética (EMC)
• Melhorando a estabilidade em condições de rede fraca

Isso é especialmente importante em sistemas de energia BESS em escala de utilidade pública, onde vários inversores operam em paralelo.

 

3.5 Projeto de núcleo de baixa-perda para operação de alta{2}}eficiência

 

Como a energia num sistema BESS passa através do transformador durante os ciclos de carga e descarga, mesmo pequenas perdas podem impactar significativamente a eficiência geral do sistema.

 

As otimizações típicas de design principal incluem:

Essas melhorias contribuem diretamente para uma maior eficiência-de ida e volta no BESS.

 

3.6 Sistemas de isolamento ecológico-e seguros contra incêndio-

 

 

3.7 Requisitos de engenharia-de nível de sistema

Um transformador BESS deve integrar-se com todo o sistema de armazenamento de energia:

• Impedância personalizada para cargas PCS
• Compatibilidade com múltiplas configurações de inversores
• Alta capacidade de sobrecarga sem degradação do isolamento
• Integração com equipamentos de manobra e sistemas de proteção
• Suporte à operação bidirecional

 

4. Soluções de transformadores BESS da SCOTECH

 

A SCOTECH fornece soluções de transformadores projetados para BESS, abrangendo transformadores montados em bloco, transformadores de pequenas subestações e transformadores de potência.

Cada solução é projetada especificamente para os requisitos do sistema elétrico BESS, como:

• Fluxo de energia bidirecional
• Distorção harmônica de sistemas PCS
• Operação cíclica contínua

Em vez de equipamentos de distribuição padrão, a SCOTECH se concentra na engenharia de transformadores{0}específicos para aplicações para condições reais de armazenamento de energia.

4.1. Transformador montado em almofada para aplicações BESS

 

Os transformadores montados em pad são amplamente utilizados em sistemas BESS comerciais e em contêineres, fornecendo uma interface compacta e eficiente entre o PCS e a rede.

4.2. Transformador de pequena subestação para integração de rede BESS

 

Transformadores de pequenas subestaçõessão usados ​​em sistemas de interconexão BESS de média-tensão, onde o condicionamento de energia e a conformidade da rede são essenciais.

 

4.3. Transformador de energia para serviços públicos-Sistemas BESS em escala

 

Os transformadores de potência são aplicados em usinas de armazenamento de energia em grande-escala e em projetos BESS-de rede, onde a eficiência e a confiabilidade impactam diretamente o ROI do sistema.

 

 

4.4. Capacidade e integração de engenharia SCOTECH BESS

 

 

Num sistema de armazenamento de energia de bateria (BESS), o transformador não é um componente independente, mas uma interface chave entre o PCS e a rede.

Um sistema elétrico BESS típico inclui módulos de bateria, BMS, PCS, transformador, painel de distribuição e conexão à rede, onde a energia flui em ambas as direções durante a carga e a descarga.

Para garantir uma operação estável sob estas condições, a SCOTECH projeta transformadores com base em requisitos reais do sistema, em vez de configurações padrão.

 

Os principais recursos incluem:
• Design personalizado baseado na configuração do PCS/inversor
• Otimização para perfil de carga e operação cíclica
• Projeto-tolerante a harmônicos para sistemas-acionados por inversor
• Correspondência de impedância para integração estável do sistema
• Alta capacidade de sobrecarga sem reduzir a vida útil do isolamento
• Conformidade com os padrões IEEE/ANSI/CSA/IEC

 

Os transformadores SCOTECH são amplamente usados ​​em projetos BESS de{0}escala de serviços públicos, C&I e BESS híbridos renováveis ​​e de armazenamento.

 

5. Por que o design do transformador impacta diretamente o ROI

 

Em um sistema de armazenamento de energia de bateria (BESS), o transformador é frequentemente subestimado.

Mas afeta diretamente:

6. Conclusão

 

À medida que os sistemas de armazenamento de energia em baterias continuam a se expandir, o transformador BESS tornou-se um componente crítico para a integração da rede, eficiência do sistema e confiabilidade operacional. Ao contrário dos transformadores tradicionais, ele deve suportar fluxo de potência bidirecional, ciclos contínuos, harmônicos e comutação rápida do inversor. O projeto adequado do transformador impacta diretamente o desempenho, a estabilidade e a lucratividade-de longo prazo dos projetos modernos de BESS.