Guide de conception des transformateurs BESS : des harmoniques à l'intégration au réseau

 

1. Interface système entre le réseau et le BESS

 

Dans les systèmes de stockage d'énergie par batterie (BESS), l'isolation électrique entre le réseau et le système de stockage d'énergie est essentielle pour protéger les onduleurs et les systèmes de batterie contre les conditions de surtension et de surintensité causées par les perturbations du réseau.

Dans le même temps, la conversion de tension est nécessaire pour correspondre aux différents niveaux du système, passant généralement de la sortie de l'onduleur 400 V à une tension de fonctionnement BESS de 690 V ou 480 V, puis aux niveaux de réseau moyenne tension - pour l'interconnexion des services publics.

Cette interface électrique est réalisée grâce au transformateur BESS, qui constitue le lien essentiel entre les systèmes de conversion d'énergie et le réseau électrique.

 

2. Fonctions des systèmes de stockage d’énergie par batterie

 

La batterie-Energy Storage (BESS) est un système de stockage d'énergie basé sur une batterie-qui stocke efficacement l'électricité produite à partir de diverses sources d'énergie, notamment le charbon, l'énergie nucléaire, l'énergie éolienne et solaire, de plusieurs manières. Il peut stocker l’excédent d’électricité pendant les périodes de pointe de production d’énergies renouvelables (solaire et éolienne) et le restituer lorsque la production diminue ou que la consommation augmente.

La combinaison du BESS avec des sources d’énergie renouvelables contribue à améliorer la fiabilité et la stabilité du réseau, en utilisant pleinement l’électricité verte. De plus, si la solution est correctement dimensionnée et bien intégrée-, cette technologie peut équilibrer les prix de l'électricité et réduire le besoin de modernisation des réseaux basés sur les combustibles fossiles-.

 

• Rasage des pics et suivi de la charge
• Amélioration de la qualité de l'énergie
• Fiabilité et support de sauvegarde
• Services de réseau et prise en charge des réseaux intelligents

 

 

3. Qu'est-ce qui définit une véritable conception de transformateur BESS

 

Un véritable transformateur BESS n'est pas un transformateur de distribution modifié.

Il s'agit d'un composant électrique spécialisé conçu spécifiquement pour les systèmes de stockage d'énergie par batterie, où le cyclage, les harmoniques et le flux d'énergie bidirectionnel sont des conditions de fonctionnement normales. Il fonctionne de manière fiable au sein des systèmes électriques dynamiques d’un système de stockage d’énergie par batterie, s’adaptant en permanence aux conditions changeantes de charge et de forme d’onde.

 

3.1 Conçu pour un cycle énergétique continu

 

Un transformateur BESS fonctionne selon des cycles de charge et de décharge répétés, souvent plusieurs fois par jour. Ce comportement cyclique crée des conditions de contraintes thermiques et électriques qui ne sont pas présentes dans les applications de distribution traditionnelles.

Les principales considérations de conception comprennent :

• Système de refroidissement ONAN/ONAF optimisé pour un fonctionnement cyclique
• Matériaux d'isolation de haute classe thermique pour une endurance thermique prolongée
• Augmentation contrôlée de la température des points chauds-dans des conditions de charge dynamique
• Performances stables sous de fréquentes fluctuations de charge

Cela garantit-la fiabilité à long terme du système de stockage d'énergie où un débit d'énergie continu est attendu.

 

3.2 Conception à tolérance d'harmoniques-pour les systèmes basés sur un onduleur-

 

Dans les systèmes électriques BESS modernes, les systèmes de conversion de puissance (PCS) et les onduleurs introduisent une distorsion harmonique importante et des conditions de charge non-linéaires.

Un transformateur BESS approprié doit donc inclure :

• Conception classée K- (généralement de la maternelle à la maternelle à la 20e année selon l'application)
• Flux parasite réduit et conception optimisée du chemin magnétique
• Structure d'enroulement améliorée pour minimiser les pertes harmoniques
• Courants de Foucault réduits et pertes parasites supplémentaires

Ces fonctionnalités améliorent la stabilité thermique et la fiabilité opérationnelle dans les environnements riches en harmoniques-typiques des installations BESS-à grande échelle.

3.3 Système d'isolation dv/dt élevé pour la commutation PCS

 

Les opérations de commutation rapides dans les systèmes PCS génèrent des contraintes de tension dv/dt élevées, qui exercent une pression continue sur les systèmes d'isolation des transformateurs.

Pour garantir une fiabilité diélectrique à long terme, un véritable transformateur BESS nécessite :

• Capacité de tenue d'isolation dv/dt élevée
• Structure isolante résistante aux décharges partielles-
• Conception de coordination diélectrique renforcée
• Tolérance améliorée sur les surtensions pour les conditions transitoires

Cette approche de conception protège le transformateur des contraintes électriques répétitives à haute fréquence-générées dans le système de stockage d'énergie.

3.4 Blindage électromagnétique et stabilité du réseau

 

Le blindage électrostatique et électromagnétique est essentiel dans les applications BESS-connectées au réseau, en particulier lorsque la qualité de l'énergie et la stabilité du réseau sont essentielles.

Ses fonctions comprennent :

• Réduire le couplage capacitif entre les enroulements
• Suppression des interférences de tension transitoire
• Améliorer les performances de compatibilité électromagnétique (CEM)
• Améliorer la stabilité dans des conditions de réseau faible

Ceci est particulièrement important dans les systèmes électriques BESS à l'échelle des services publics où plusieurs onduleurs fonctionnent en parallèle.

 

3.5 Conception du noyau à faibles-pertes pour un fonctionnement à haute-efficacité

 

Étant donné que l'énergie d'un système BESS traverse le transformateur pendant les cycles de charge et de décharge, même de petites pertes peuvent avoir un impact significatif sur l'efficacité globale du système.

 

Les optimisations typiques de la conception de base incluent :

Ces améliorations contribuent directement à une plus grande efficacité-aller-retour dans BESS.

 

3.6 Systèmes d'isolation écologiques-et ignifuges-sûrs

 

 

3.7 Exigences d'ingénierie au niveau du système-

Un transformateur BESS doit s'intégrer au système complet de stockage d'énergie :

• Impédance personnalisée pour les charges PCS
• Compatibilité avec plusieurs configurations d'onduleurs
• Capacité de surcharge élevée sans dégradation de l'isolation
• Intégration avec les systèmes de commutation et de protection
• Prise en charge des opérations bidirectionnelles

 

4. Solutions de transformateur BESS de SCOTECH

 

SCOTECH fournit des solutions de transformateurs techniques pour BESS, couvrant les transformateurs montés sur socle, les transformateurs de petites sous-stations et les transformateurs de puissance.

Chaque solution est conçue spécifiquement pour les exigences du système électrique BESS telles que :

• Flux de puissance bidirectionnel
• Distorsion harmonique des systèmes PCS
• Fonctionnement en cycle continu

Au lieu des équipements de distribution standard, SCOTECH se concentre sur l'ingénierie de transformateurs spécifiques à des applications pour des conditions réelles de stockage d'énergie.

4.1. Transformateur monté sur socle pour les applications BESS

 

Les transformateurs montés sur socle sont largement utilisés dans les systèmes BESS conteneurisés et commerciaux, fournissant une interface compacte et efficace entre le PCS et le réseau.

4.2. Petit transformateur de sous-station pour l'intégration au réseau BESS

 

Petits transformateurs de sous-stationsont utilisés dans les systèmes d'interconnexion BESS à moyenne tension-, où le conditionnement de l'énergie et la conformité au réseau sont essentiels.

 

4.3. Transformateur de puissance pour les systèmes BESS à l'échelle des services publics-

 

Les transformateurs de puissance sont utilisés dans les-usines de stockage d'énergie à grande échelle et dans les projets BESS au niveau du réseau-, où l'efficacité et la fiabilité ont un impact direct sur le retour sur investissement du système.

 

 

4.4. Capacité d'ingénierie et intégration de SCOTECH BESS

 

 

Dans un système de stockage d'énergie par batterie (BESS), le transformateur n'est pas un composant autonome, mais une interface clé entre le PCS et le réseau.

Un système électrique BESS typique comprend des modules de batterie, un BMS, un PCS, un transformateur, un appareillage de commutation et une connexion au réseau, où l'énergie circule dans les deux sens pendant la charge et la décharge.

Pour garantir un fonctionnement stable dans ces conditions, SCOTECH conçoit des transformateurs basés sur les exigences réelles du système plutôt que sur des configurations standard.

 

Les fonctionnalités clés incluent :
• Conception personnalisée basée sur la configuration PCS/onduleur
• Optimisation du profil de charge et du fonctionnement cyclique
• Conception tolérante aux harmoniques-pour les systèmes pilotés par un onduleur-
• Adaptation d'impédance pour une intégration système stable
• Capacité de surcharge élevée sans réduire la durée de vie de l'isolation
• Conformité aux normes IEEE/ANSI/CSA/IEC

 

Les transformateurs SCOTECH sont largement utilisés dans les projets BESS hybrides-à l'échelle des services publics, C&I et renouvelables + stockage.

 

5. Pourquoi la conception du transformateur a un impact direct sur le retour sur investissement

 

Dans un système de stockage d’énergie par batterie (BESS), le transformateur est souvent sous-estimé.

Mais cela affecte directement :

6.Conclusion

 

À mesure que les systèmes de stockage d'énergie par batterie continuent de se développer, le transformateur BESS est devenu un composant essentiel pour l'intégration au réseau, l'efficacité du système et la fiabilité opérationnelle. Contrairement aux transformateurs traditionnels, il doit résister au flux de puissance bidirectionnel, aux cycles continus, aux harmoniques et à la commutation rapide de l'onduleur. Une conception appropriée du transformateur a un impact direct sur les performances, la stabilité et la rentabilité à long terme des projets BESS modernes.