Með hröðum framförum samþættingar endurnýjanlegrar orku og dýpkun alþjóðlegrar „tvíkolefnis“ stefnu, hafa rafhlöðuorkugeymslukerfi (BESS) orðið kjarnastuðningur nútíma raforkukerfa, sem tekur að sér mikilvæg verkefni eins og hámarksrakstur, fyllingu dalsins, tíðnistjórnun og sveiflujöfnun endurnýjanlegrar orku. Kjarninn í orkuumbreytingu og flutningskeðju BESS er lykilþáttur-spennisins. Ólíkt hefðbundnum aflspennum, eru spennar fyrir BESS hannaðir til að laga sig að tvíátta orkuflæði, tíðri hleðslu-afhleðsluhringum og háum harmónískum truflunareiginleikum orkugeymslukerfa, sem þjóna sem „brú“ milli rafhlöðueininga, aflskiptakerfa (PCS) og raforkukerfisins. Þessi grein útskýrir kerfisbundið hlutverk, tæknilega eiginleika, notkunaraðferðir, lykilviðmið fyrir val og framtíðarþróun spennubreyta í BESS, sem gefur yfirgripsmikla tilvísun fyrir hönnun, rekstur og hagræðingu orkugeymsluverkefna.
1. Kjarnahlutverk Transformers í rafhlöðuorkugeymslukerfum
Geymslukerfi rafhlöðuorku starfa á grundvelli hringlaga umbreytingar raforku: meðan á hleðslu stendur gefur netið eða endurnýjanlegir orkugjafar afl til að hlaða rafhlöðueiningarnar (breytt úr AC í DC með PCS); á meðan á losun stendur er DC orkan sem geymd er í rafhlöðunum breytt aftur í AC með PCS og færð inn á ristina eða afhent hleðslunni. Transformers, sem kjarnaviðmótsbúnaður, taka að sér fimm ómissandi kjarnaaðgerðir í þessu ferli, sem ákvarða beint skilvirkni, stöðugleika og öryggi alls BESS.
1.1 Spennubreyting og samsvörun
Rafhlöðueiningar í BESS gefa venjulega lágspennu-DC orku, sem er breytt í lágspennu AC (venjulega 480V–690V) með PCS eftir snúning. Hins vegar virkar raforkukerfið almennt á meðal- eða háspennu (eins og 10kV, 35kV eða hærri) fyrir skilvirka langa-flutninga. Spennirinn gerir sér grein fyrir skrefinu-upp á lág-rafspennu yfir í net-stigspennu við afhleðslu, og skref-niður á netspennu í PCS-aðlögunarhæfa lágspennu meðan á hleðslu stendur, sem tryggir óaðfinnanlega samsvörun milli orkugeymslukerfisins og netspennukerfisins[6]. Til dæmis, í Dongguan 250KVA orkugeymsluverkefninu, gerir spennirinn sér grein fyrir spennubreytingu úr 800V í 400V, sem uppfyllir eftirspurnina um að samþætta orkugeymslukerfið í lágspennu-dreifikerfi verksmiðjunnar.
1.2 Tvíátta orkuflæðisstjórnun
Ólíkt hefðbundnum spennum sem aðeins sjá um einstefnurafflæði, verða BESS spennar að laga sig að tvíátta flæðiseiginleikum orku við hleðslu og afhleðslu. Með bjartsýni vindahönnun og segulhringrásarstillingu, tryggja þeir mikla skilvirkni og lítið tap í báðum vinnustillingum og forðast orkusóun sem stafar af flöskuhálsum í einstefnu hönnun. Þessi tvíátta aðlögunarhæfni er lykilmunurinn á BESS spennum og hefðbundnum aflspennum, og hún er einnig mikilvæg trygging fyrir sveigjanlegum rekstri orkugeymslukerfa.
1.3 Galvanísk einangrun og öryggisvörn
BESS felur í sér mikla-orkubreytingu á raforku og hættan á bilunum eins og ofspennu, skammhlaupi og harmónískum truflunum er tiltölulega mikil. Transformers veita skilvirka galvaníska einangrun milli rafhlöðukerfisins, PCS og ristarinnar, koma í veg fyrir að bilanir á annarri hliðinni dreifist til hinnar og vernda öryggi kjarnahluta eins og rafhlöðueiningar og PCS. Til dæmis, í orkugeymsluverkefnum fyrir litíum-jónarafhlöður, getur einangrunarvörn í raun komið í veg fyrir hættu á eldi og sprengingu af völdum galla á neti-hliðar sem hafa áhrif á rafhlöðuþyrpinguna, sem bætir heildaröryggi kerfisins.
1.4 Harmónísk mótvægi og aukning stöðugleika
PCS í BESS mun mynda mikinn fjölda af -háttar harmonikum meðan á notkun stendur, sem mun ekki aðeins menga raforkukerfið heldur einnig valda ofhitnun, öldrun og minnkun skilvirkni spennivinda. BESS spennar samþykkja sérstakar vindatengingaraðferðir (eins og delta tengingu) og hlífðartækni til að bæla á áhrifaríkan hátt einkennandi harmonikum eins og 3. og 5. harmonikkum, draga úr áhrifum samhljóða truflana á kerfið og tryggja stöðugan rekstur orkugeymslukerfisins og raforkukerfisins.
1.5 Hagræðing hagkvæmni og minnkun orkutaps
Transformers eru einn helsti-orkunotkunarhlutinn í BESS og orkutap þeirra (þar á meðal ekkert-álagstap og álagstap) hefur bein áhrif á alhliða skilvirkni orkugeymslukerfisins. Há-hagkvæmir BESS spennar geta dregið úr orkutapi með hámarksvali á kjarnaefni, endurbótum á vindaferli og hönnun með litlum-viðnámi, og þar með bætt efnahagslegan ávinning af orkugeymsluverkefnum. Áætlað er að fyrir 35kV 3150kVA þurra-spenni geti árlegur orkusparnaður orkunýtnispenni í flokki 1 orðið um 14.000 kWst miðað við orkunýtnispenni í flokki 3.
2. Tæknilegir eiginleikar og flokkun BESS Transformers
Í samanburði við hefðbundna aflspenna, standa BESS spennar frammi fyrir erfiðari rekstrarskilyrðum: tíðar álagsbreytingar, tvíátta aflflæði, hátt samhljóða innihald og strangar öryggiskröfur. Þess vegna hafa þeir einstaka tæknilega eiginleika og eru flokkaðir í mismunandi gerðir í samræmi við notkunarsviðsmyndir og hönnunarstaðla.
2.1 Tæknilegir kjarna eiginleikar
Mikil aðlögunarhæfni við hjólreiðar: BESS þarf að ljúka mörgum hleðslu-hleðslulotum á hverjum degi og spennirinn verður að standast tíðar álagsbreytingar og straumsveiflur án þess að afköst skerðist. Með vali á hágæða kísilstálplötum og bjartsýni vafningauppbyggingu getur það lagað sig að langtíma-há-hjólreiðum, með allt að 60 ára endingartíma við sanngjarnt viðhald.
Sterk harmónísk viðnám: Eins og áður hefur komið fram, samþykkir spenni sérstaka burðarhönnun og efnisval til að bæla niður samhljóða mengun, draga úr upphitun vinda og öldrun einangrunar af völdum harmónískra og tryggja stöðugan rekstur undir miklu harmónísku umhverfi [7].
Hár skammhlaupsþol-: Í ferli nettengingar og reksturs gæti BESS lent í skyndilegum skammhlaupsbilunum-. Spennirinn þarf að hafa sterkan vélrænan styrk og rafmagnsstöðugleika til að standast áhrif skammhlaupsstraums án aflögunar eða skemmda, sem tryggir öryggi alls kerfisins.
Sveigjanleg spennureglugerð: Til að bregðast við spennusveiflu raforkukerfisins og spennubreytingu rafhlöðunnar við hleðslu-afhleðslu er spennirinn búinn sveigjanlegri spennustjórnunarbúnaði (eins og á-álagskrana-breytibúnaði) til að stilla útgangsspennuna í rauntíma, sem tryggir stöðugleika orkuflutnings.
Umhverfisaðlögunarhæfni: BESS er mikið notað í útivist, iðnaðargörðum og öðrum aðstæðum. Spennirinn þarf að hafa góða aðlögunarhæfni í umhverfinu, svo sem háhitaþol, rakaþol, rykþol o.s.frv. Til dæmis, á svæðum með háa-hita og-rakastigi eins og Dongguan, eru spennar búnir þvinguðum loftkælingarviðmótum og snjöllum hitastýringarkerfum til að draga úr hitahækkun og bæta hleðslugetu[7].
2.2 Aðalflokkun
Samkvæmt kæliaðferð, uppsetningarformi og umsóknaratburðarás, umbreytir BESSmönnum má skipta í eftirfarandi flokka:
Þurr-Tegð og olíu-Sýktir spennar: Vegna brunaöryggiskrafna í orkugeymsluverkefnum litíum-jónarafhlöðu eru þurr-tegundarspennar almennt notaðir í innlendum verkefnum vegna þess að þeir eru olíu-lausir og hafa betra öryggi. Hins vegar hafa olíu-straumbreytar kostir hvað varðar kostnað, orkunotkun og aðlögunarhæfni í umhverfinu, og þeir geta einnig verið valdir þegar kröfur um brunavarnir eru uppfylltar. Þurr-spennar eru mikið notaðir í orkugeymslustöðvum innanhúss og orkugeymsluverkefnum í iðnaði og atvinnuskyni, á meðan olíu-dýfðir spennar henta betur fyrir stór-orkugeymsluverkefni utandyra-.
Spennir-uppsettir og innanhúss: Spennir-uppsettir eru litlir að stærð, auðvelt að setja upp og henta fyrir dreifðar orkugeymsluverkefni (svo sem iðnaðar- og atvinnugarða, íbúðarhverfi) með takmarkað pláss; Innanhússspennar eru aðallega notaðir í orkugeymslustöðvum innanhúss, með betri verndarafköstum og hentugur fyrir erfið útivistarumhverfi.
Einangrunarspennar og Step-Up/Step-Down Transformers: Einangrunarspennar leggja áherslu á að veita galvanískri einangrun til að vernda kerfisíhluti, sem eru mikið notaðir í aðstæðum með miklar öryggiskröfur; þrepa-upp/þrepa-neðarspennar eru kjarnabúnaður fyrir spennuumbreytingu, sem skiptast í þrepa-uppspennu (fyrir nettengingu orkugeymslukerfa) og þrepa-niðurspenna (til hleðslu orkugeymslukerfa) í samræmi við stefnu spennubreytingarinnar.
3. Notkunaraðferðir BESS Transformers
Með hraðri þróun orkugeymsluiðnaðar hafa BESS spennar verið mikið notaðir í-hlið, iðnaðar og viðskipta-hlið, og dreifð orkugeymsluverkefni og hafa myndað þroskaðar forritalausnir fyrir mismunandi aðstæður. Eftirfarandi sameinar dæmigerð tilvik til að útskýra umsóknareiginleika þeirra.
3.1 Gagnsemi-Stærð orkugeymsluverkefni
Orkugeymsluverkefni á -veitusviði hafa einkenni mikillar afkastagetu, mikils afls og beins nettengingar, sem gera miklar kröfur um skilvirkni, stöðugleika og spennustig spennubreyta. Almennt eru há-hagkvæm olía-í kaf eða þurr-gerð-uppspennubreytir notaðir til að breyta lágspennu AC framleiðsla með PCS í meðal- og háspennu (10kV–35kV eða hærri) og samþætta það í flutnings- og dreifikerfi. Til dæmis, í stórum-viðbótarverkefnum fyrir vind-sólar-þarfa spennar að laga sig að hléum og sveiflukenndum eiginleikum vind- og sólarorku, gera sér grein fyrir bidistjórnun orkuflæðis og tryggja stöðugleika raforkukerfisins. Á sama tíma þurfa þeir að uppfylla viðeigandi staðla IEC, IEEE eða UL til að tryggja langtíma-áreiðanlegan rekstur.
3.2 Orkugeymsluverkefni í iðnaði og atvinnuskyni
Orkugeymsluverkefni í iðnaði og atvinnuskyni eru aðallega notuð til hámarksraksturs, fyllingar á dal og neyðaraflgjafa, með tíðum hleðslu-hleðslulotum og miklum kröfum um viðbragðshraða og harmonisk viðnám spennubreyta. Dongguan Machong 250KVA orkugeymsluverkefnið er dæmigert tilfelli: verkefnið notar 250KVA sérstakan orkugeymsluspennu með 800V til 400V spennuumbreytingu, sem fínstillir vindhönnunina til að laga sig að tvíátta orkuflæði, tekur upp sérstaka hlífðartækni til að bæla niður harmonikur og gerir sér grein fyrir millisekúndna spennuhönnun- sem samsvarar hröðum aðlögunarþörfum orkugeymslukerfisins. Að auki er spenni útbúinn með snjöllu hitastýringarkerfi til að laga sig að háu-hita og háum{10}rakaloftslagi í Dongguan, sem dregur úr hækkun hitastigs um meira en 10K og tryggir hámarks orkugeymsluávinning.
3.3 Dreifðar orkugeymsluverkefni
Dreifð orkugeymsluverkefni (eins og íbúðarhverfi, lítil iðnaðargarðar) hafa litla afkastagetu, lítið pláss og miklar kröfur um smæðingu og sveigjanleika spennubreyta. Almennt eru notaðir púðar-þurr-spennir eða litlir einangrunarspennar, sem hafa einkenni smæðar, auðveldrar uppsetningar og lágs hávaða. Á sama tíma þurfa þeir að laga sig að spennusveiflum dreifikerfisins og tíðri hleðslu-hleðslu lítilla orkugeymslukerfa, sem tryggja öryggi og stöðugleika staðbundinnar aflgjafa. Til dæmis, í orkugeymslukerfum heimila, eru litlir einangrunarspennar notaðir til að einangra rafhlöðukerfið frá raforkukerfi heimilanna og koma í veg fyrir að bilanir hafi áhrif á öryggi heimilisrafmagnsnotkunar.
3.4 Umsókn um nýstárlega samþættingu arkitektúr
Á undanförnum árum, með þróun snjallspennutækninnar, hefur nýstárlegur arkitektúr sem samþættir BESS í snjallspennum komið fram. Þessi arkitektúr notar núverandi uppsprettu-gerð fjögurra-virka-brú (CF-QAB) DC-DC breytir sem kjarna, og bætir við tengi við einangraða DC-DC stigi snjallspennisins til að átta sig á beinni samþættingu BESS án viðbótarbreyta. Í samanburði við hefðbundið samþættingarkerfi dregur þessi arkitektúr úr fjölda tækja um 20% og skilvirkni breytisins nær 98,12%, sem er verulega hærra en hefðbundið kerfi. Sannprófun á tilraunum sýnir að þegar rafhlöðuspennan breytist er hægt að viðhalda lágspennu hliðarspennunni stöðugt og hægt er að stilla heildarflutningsaflið á kraftmikinn hátt án sveiflna, sem gefur nýja tæknilega leið fyrir skilvirka samþættingu BESS og spennubreyta.
4. Lykilvalsskilyrði og tæknilegar kröfur fyrir BESS Transformers
Val á BESS spennum hefur bein áhrif á skilvirkni, öryggi og efnahagslegan ávinning af öllu orkugeymslukerfinu. Nauðsynlegt er að taka ítarlega tillit til þátta eins og kerfisgetu, spennustigs, rekstrarskilyrða og öryggiskröfur og fylgja eftirfarandi lykilviðmiðum og tæknilegum kröfum.
4.1 Stærðarsamsvörun
Nafnageta spennisins ætti að passa við nafnafl PCS og á sama tíma ætti að huga að aukaaflistapi og ofhleðslukröfum. Almennt ætti það ekki að vera minna en 1,05 sinnum nafnafl samtengdra PCS til að tryggja -örugga langtímavirkni spennisins. Það skal tekið fram að það að draga í blindni úr getu spenni til að draga úr kostnaði mun leiða til ófullnægjandi rekstrarframlegðar og hafa áhrif á stöðugleika kerfisins. Til dæmis, í sumum miðstýrðum orkugeymsluverkefnum, mun val á spenni með ófullnægjandi afkastagetu leiða til ofhitnunar og öldrunar spennisins meðan á langtíma-notkun stendur, sem dregur úr endingartíma hans.
4.2 Orkunýtnistig
Orkunýtnistig spennisins hefur bein áhrif á orkutap og rekstrarkostnað orkugeymslukerfisins. Landsstaðallinn „Orkunýtnimörk og orkunýtnistig aflstraumbreyta“ skiptir orkunýtni í þrjú stig, þar á meðal er stig 1 með hæstu orkunýtni. Við val er nauðsynlegt að bera ítarlega saman hagkvæmni og skilvirkni og velja spenna sem uppfylla viðeigandi orkunýtnistaðla. Fyrir stór-orkugeymsluverkefni með langan notkunartíma getur val á 1. stigi orkunýtingarspenna sparað mikinn raforkukostnað á öllum líftímanum.
4.3 Val á kæliaðferð
Val á kæliaðferð ætti að byggjast á notkunarsviðinu og öryggiskröfum. Í orkugeymslustöðvum innanhúss og orkugeymsluverkefnum með litíum-jónarafhlöðum ætti að velja þurra-tegund spennubreyta vegna góðs öryggis þeirra og engin hætta á eldi og sprengingu. Í stórum-orkugeymsluverkefnum utandyra er hægt að velja-olíusökkva spennubreyta þegar kröfur um brunavarnir eru uppfylltar, með því að nýta litla orkunotkun þeirra og lágan kostnað. Á sama tíma ætti að stilla samsvarandi kæliráðstafanir (eins og þvinguð loftkæling, þvinguð olíukæling) í samræmi við rekstrarumhverfið til að tryggja að spennirinn starfi innan leyfilegs hitastigs.
4.4 Samsvörun lyklabreytu
Auk afkastagetu og orkunýtni þarf val á spennum einnig að huga að samsvörun lykilstærða eins og málspennu,- skammhlaupsviðnáms, spennusviðs og tengihóps. Til dæmis ætti málspennan á lágspennuhlið spennisins að passa við málspennuna AC hlið PCS og málspennan á háspennuhliðinni ætti að passa við spennuna á lágspennuhlið aðalspennisins; Tengihópurinn notar venjulega Dy11 tengingarham til að laga sig að tvíátta orkuflæði og samræmdu bælingarkröfum BESS.
4.5 Öryggi og áreiðanleiki
Spennirinn ætti að hafa áreiðanlega einangrunarafköst, skammhlaupsþol og yfirspennuverndaraðgerð til að laga sig að erfiðu rekstrarumhverfi BESS. Til dæmis ætti einangrunarstigið að uppfylla kröfur um rekstrarspennu og vinda ætti að meðhöndla með einangrun til að koma í veg fyrir öldrun og niðurbrot einangrunar; spennirinn ætti að vera búinn hitastigi, yfirstraumsvörn og öðrum tækjum til að greina og meðhöndla bilanir tímanlega og tryggja öryggi kerfisins.
5. Framtíðarþróunarþróun
Með stöðugri stækkun á umfangi BESS og stöðugum umbótum á tæknilegum kröfum, standa spennir fyrir BESS frammi fyrir nýjum áskorunum, en sýna jafnframt skýra þróunarþróun í átt að mikilli skilvirkni, upplýsingaöflun, samþættingu og smæðingu.
5.2 Framtíðarþróunarþróun
Mikil afköst og lítið tap: Með stöðugum endurbótum á orkunýtnistöðlum verða rannsóknir og þróun há-afkastaspenna í brennidepli. Með því að taka upp ný kjarnaefni (eins og myndlaust álfelgur), fínstilla uppbyggingu vinda og bæta framleiðsluferla, mun ó-álagstap og álagstap spennubreyta minnka enn frekar og alhliða skilvirkni BESS verður bætt.
Greind uppfærsla: BESS spennar verða samþættir snjallri tækni eins og Internet of Things (IoT), stór gögn og gervigreind. Með rauntímavöktun- á rekstrarbreytum spenni (hitastig, straumur, spenna o.s.frv.), verður fyrirsjáanlegt viðhald og bilanagreining að veruleika, sem dregur úr viðhaldskostnaði og bætir áreiðanleika kerfisins. Á sama tíma mun það átta sig á snjöllum samskiptum við PCS og snjallnet, sem bætir sveigjanleika og stjórnunarhæfni orkugeymslukerfa.
Samþætting og smæðun: Samþætting spennubreyta og PCS mun verða ný stefna, draga úr rúmmáli og þyngd kerfisins, einfalda uppsetningarferlið og draga úr kostnaði við allt orkugeymslukerfið. Til dæmis getur nýstárlegur samþættur arkitektúr snjallspenna og BESS fækkað tækjum og bætt samþættingu skilvirkni. Á sama tíma mun smækningarhönnunin gera spennubreyta hentugri fyrir dreifða orkugeymsluaðstæður með takmarkað pláss.
Sérsnið og fjölbreytni: Með fjölbreytni BESS forritasviðsmynda (nota-hlið, iðnaðar og viðskipta-hlið, dreifð) mun eftirspurnin eftir sérsniðnum spennum aukast. Transformers verða hannaðir í samræmi við sérstakar þarfir mismunandi verkefna, svo sem spennustig, getu, rekstrarumhverfi og öryggiskröfur, til að bæta aðlögunarhæfni og hagkvæmni kerfisins.
Grænt og lágt-kolefni: Í samhengi við „tvíkolefnis“ stefnuna verður grænni og lág-kolefnisumbreytingu spennu flýtt. Notkun umhverfisvænna efna (eins og ó-eitruð og niðurbrjótanleg einangrunarefni) og hagræðing á-orkusparandi hönnun mun draga úr umhverfisáhrifum spennubreyta og gera sér grein fyrir grænni þróun alls orkugeymsluiðnaðarins.
6. Niðurstaða
Sem kjarnaviðmótsþáttur rafhlöðuorkugeymslukerfa, taka spennir að sér lykilverkefni spennubreytingar, tvíátta aflflæðisstjórnun, öryggisvernd og hagræðingu, sem skipta sköpum fyrir stöðugan, skilvirkan og öruggan rekstur BESS. Með hraðri þróun orkugeymsluiðnaðarins eru tæknilegar kröfur til BESS spennubreyta stöðugt að batna og spennar þróast í átt að mikilli skilvirkni, upplýsingaöflun, samþættingu og smæðingu.
Í framtíðinni, með stöðugum byltingum nýrra efna, nýrrar tækni og nýrrar byggingarlistar, munu BESS spennar laga sig betur að þróunarþörfum stórra-vitra og grænna orkugeymslukerfa, veita sterkari stuðning við samþættingu endurnýjanlegrar orku og byggingu snjallra neta og leggja mikilvægt framlag til alþjóðlegs orkuumbreytingarmarkmiðs og að „tví kolefnis“ verði að veruleika. Fyrir hönnuði, rekstraraðila og búnaðarframleiðendur orkugeymsluverkefnis er nauðsynlegt að huga að vali og beitingu spennubreyta og stuðla að heilbrigðri og sjálfbærri þróun orkugeymsluiðnaðarins með vísindalegri hönnun, skynsamlegu vali og skynsamlegri aðgerð.