Pусский 
Просмотры:0 Автор:Pедактор сайта Время публикации: 2026-03-13 Происхождение:Работает
С продвижением целей «двойного углерода» и взрывным ростом индустрии транспортных средств на новых источниках энергии комплексные проекты «Фотоэлектрическая система + хранение энергии + зарядка» (называемые «PV-Хранение-Зарядка») становятся горячей точкой в энергетическом секторе. Эта модель обеспечивает потребление чистой энергии на месте и гибкое регулирование нагрузки на сеть за счет скоординированной работы «генерации фотоэлектрической энергии, снижения пиковых нагрузок при хранении и электропитания зарядной батареи». В этой сложной энергетической системе трансформатор, служащий основным узлом, соединяющим фотоэлектрические батареи, накопители, зарядные батареи и сеть, напрямую влияет на эффективность, безопасность и экономическую жизнеспособность всего проекта посредством его выбора и конфигурации. В этой статье будут систематически анализироваться технологии трансформаторов, используемые в проектах фотоэлектрических систем хранения и зарядки.
Электрическая архитектура интегрированного проекта фотоэлектрической системы хранения-зарядки обычно включает в себя следующие элементы:
Фотоэлектрический генератор: фотоэлектрические модули (300–1500 В постоянного тока) преобразуются в переменный ток (обычно 380 В переменного тока) через инверторы.
Блок хранения энергии: батарейные шкафы подключаются к системе через системы двунаправленного преобразования энергии (PCS), обеспечивая двунаправленный поток энергии для зарядки и разрядки.
Зарядный блок: включает в себя устройства для быстрой зарядки постоянного тока (требуется напряжение переменного тока 380 В или интерфейс быстрой зарядки постоянного тока) и медленные зарядные устройства переменного тока.
Блок распределения и подключения к сети: подключается к сети 10 кВ/20 кВ через компактную подстанцию или помещение распределительного устройства.
В системе фотоэлектрической зарядки-аккумулятора трансформатор играет несколько важных ролей:
Во-первых, преобразование и согласование напряжения. Выходное напряжение фотоэлектрического инвертора значительно колеблется в зависимости от интенсивности солнечного света (может упасть ниже 200 В в пасмурные дни). Система накопления энергии также выводит/поглощает мощность в двух направлениях во время зарядки/разрядки, в то время как для зарядки аккумуляторов требуется стабильный источник питания переменного тока напряжением 380 В ±5%. Трансформатор должен поддерживать широкий диапазон входного напряжения, чтобы обеспечить стабильное выходное напряжение.
Во-вторых, электрическая изоляция и защита. Системы фотоэлектрического хранения и зарядки предполагают двунаправленный ток как на стороне постоянного тока (фотоэлектрические, накопители), так и на стороне переменного тока (зарядные батареи, сеть). Трансформатор обеспечивает электрическую изоляцию между входом и выходом посредством магнитной связи, блокируя токи контура заземления и импульсные помехи, снижая общие гармонические искажения до уровня ниже 3%.
В-третьих, платформа скоординированного управления энергопотреблением из нескольких источников. Трансформаторы в современных фотоэлектрических системах хранения и зарядки больше не являются просто «преобразователями напряжения»; они являются основными узлами распределения энергии. Благодаря интеграции интеллектуальной системы управления электропитанием (PMS), трансформатор может отслеживать фотоэлектрическую мощность, состояние заряда накопителя (SOC) и нагрузку на зарядную установку в режиме реального времени, автоматически регулировать отводы, переключать режимы работы накопителя и достигать интеллектуальной диспетчеризации, такой как «приоритет фотоэлектрического использования для собственных нужд → подача/хранение излишков электроэнергии в сеть → добавление мощности накопителя → снижение пиковых нагрузок в сети».
В проектах фотоэлектрических систем хранения и зарядки, основанных на различных технических маршрутах и сценариях применения, доступны следующие решения по основному трансформатору:
Это наиболее часто используемое решение в текущих проектах по зарядке фотоэлектрических систем хранения. Компактная подстанция объединяет высоковольтные распределительные устройства, трансформаторы и низковольтное распределительное оборудование в передвижном корпусе, обеспечивая комплексное решение «под ключ».
Технические характеристики:
Высокая плотность мощности: объем регулируется на уровне менее 1/3 от традиционного помещения для распределительных устройств, что подходит для сценариев с ограниченным пространством, таких как парковки и промышленные парки.
Широкий диапазон входного напряжения: поддерживает широкий диапазон входного напряжения переменного тока 200–480 В со встроенными модулями динамической компенсации реактивной мощности.
Высокая степень защиты: класс IP54 и выше, адаптируется к суровым условиям окружающей среды, таким как высокие температуры, влажность и соляной туман.
Применимые сценарии: городские общественные зарядные станции, зоны обслуживания автомагистралей, парковки в промышленных парках и т. д.
Отвечая особым требованиям систем хранения энергии к «двунаправленному потоку мощности», отрасль представила специальные трансформаторы для хранения энергии и более интегрированные накопительные повышающие преобразователи.
Специальные трансформаторы для хранения энергии:
Адаптировано для сценариев применения хранения энергии, отличается инновационными конструктивными решениями и передовыми процессами.
Предлагаются различные варианты, включая масляную погружение, открытую вентиляцию/сухой тип из эпоксидной смолы.
Обеспечивает высокую надежность и эффективность, подходит для интеграции различных систем хранения энергии.
Повышающие преобразователи со встроенным накопителем:
Объединяет основное оборудование, такое как трансформаторы и преобразователи, в контейнерную структуру.
Не требует специальных подъемных инструментов, удобен для транспортировки и установки, представляет собой комплексное решение «под ключ».
Сторона высокого напряжения 6-35 кВ, сторона низкого напряжения 0,315-0,69 кВ, мощность одного агрегата до 6,8 МВт.
Гибкий выбор между маслопогружными и сухими типами для удовлетворения различных требований сценария.
Фазосдвигающие трансформаторы являются новым техническим решением в области гибкого фотоэлектрического хранения постоянного тока в последние годы. Такие компании, как TY T, представили специальные трансформаторы, использующие технологию высокочастотного фазосдвигания.
Технические характеристики:
24-пульсная выпрямительная система: Значительно снижает гармоники входного тока, устраняя необходимость в дополнительной компенсации реактивной мощности.
Сверхвысокая эффективность: КПД системы ≥98%, что снижает общие потери станции с более чем 15% в традиционных решениях до 5%.
Преимущество объема: на 30–50 % меньше, чем у традиционных решений.
Широкий рабочий диапазон мощности: диапазон мощности от 5% до 110%, адаптируемый к нестабильному характеру возобновляемой энергии.
Применимые сценарии: проекты фотоэлектрических систем хранения и зарядки с высокими требованиями к эффективности и ограниченным пространством, особенно зарядные станции в центральных городских районах.
Твердотельный трансформатор (SST) представляет собой глубокую интеграцию силовой электроники и трансформаторной технологии, указывая на будущее направление развития.
Технологические прорывы:
Гибридное распределение переменного/постоянного тока: обеспечивает эффективное двунаправленное преобразование мощности между 10 кВ переменного и 750 В постоянного тока, создавая гибкую структуру гибридной распределительной сети переменного/постоянного тока.
Возможность точного управления: обеспечивает точный контроль и скоординированную работу различных элементов, таких как фотоэлектрические системы, устройства хранения и зарядки, что делает распределение электроэнергии таким же интеллектуальным и гибким, как «сетевая маршрутизация».
Пример применения: демонстрационный проект фотоэлектрической системы хранения постоянного тока с гибкой зарядкой, реализованный совместно компаниями Guangzhou Weiguang Energy и Baiyun Electric Group с использованием полупроводникового трансформатора мощностью 1250 кВА и успешно создавший комплексную демонстрационную станцию, объединяющую фотоэлектрические системы, системы хранения данных, сверхбыструю зарядку и V2G.
Применимые сценарии: Высококлассные демонстрационные проекты, будущие интеллектуальные промышленные парки, сценарии, требующие чрезвычайно высокой гибкости распределения энергии.
Способность противостоять гармоникам: как фотоэлектрические инверторы, так и накопители энергии PCS являются силовыми электронными устройствами, которые генерируют значительные гармоники (5-я, 7-я гармонические искажения >8%). Трансформатор должен обладать достаточной способностью выдерживать гармоники, чтобы предотвратить дополнительный нагрев и старение изоляции.
Высокий КПД и низкие потери. Согласно национальным стандартам, повышающие трансформаторы в фотоэлектрических массивах предпочтительно должны быть энергосберегающими типами с низкими потерями холостого хода. Трансформаторы для проектов фотоэлектрической зарядки-накопления должны выбирать трансформаторы со сверхвысоким КПД IE4, поддерживающие эффективность ≥98,5% при нагрузке 20–100%.
Двунаправленная адаптивность мощности. Двунаправленный поток зарядки и разрядки в системах хранения энергии требует, чтобы трансформатор адаптировался к изменениям направления потока мощности, что предъявляет более высокие требования к конфигурации защиты и методам регулирования напряжения.
Конструкция с высокой надежностью: суровые условия эксплуатации (высокая температура, высокая влажность, соляной туман и т. д.) и сложные характеристики нагрузки (периодические, случайные) требуют использования трансформаторов с высокой адаптируемостью к окружающей среде и способностью выдерживать короткое замыкание.
Интеграция: Эволюция от автономных трансформаторов к интегрированному оборудованию «мульти-в-одном». Повышающие преобразователи со встроенным накопителем сочетают в себе трансформаторы и преобразователи; сборные решения для кабин включают в себя высоковольтные кольцевые силовые блоки, трансформаторы и силовые электронные модули.
Интеллект: Трансформаторы со встроенными датчиками и модулями связи поддерживают такие протоколы, как Modbus TCP и IEC 61850, загружая в реальном времени данные о напряжении, токе, температуре и скорости нагрузки, что позволяет удаленно оценивать состояние и прогнозировать техническое обслуживание.
Ориентация на постоянный ток: «PV-Storage-DC-Flexible» становится важным техническим направлением. Архитектура шины постоянного тока (например, шина постоянного тока 750 В) соединяет фотоэлектрические блоки, системы хранения и зарядки непосредственно на стороне постоянного тока, что значительно упрощает топологию и обеспечивает работу без гармоник без необходимости компенсации реактивной мощности.
Выбор трансформатора для проектов фотоэлектрических систем хранения и зарядки требует всестороннего рассмотрения следующих факторов:
Размер рассмотрения | Выбор |
Масштаб проекта | Малые станции (<500 кВт): достаточно компактных подстанций; Станции среднего размера (500 кВт-2 МВт): предпочтительны встроенные повышающие преобразователи; Большие станции (>2 МВт): рассмотрите возможность использования фазосдвигающих трансформаторов или полупроводниковых трансформаторов. |
Пространственные ограничения | Ограниченное пространство: отдайте предпочтение фазосдвигающим трансформаторам (на 30–50 % меньше) или полупроводниковым трансформаторам; Просторное пространство: традиционные компактные подстанции обеспечивают лучшую экономию |
Требования к эффективности | Чувствительность к LCOE: необходимо выбирать трансформаторы со сверхвысоким КПД IE4 и выше; В погоне за эффективностью: фазосдвигающие трансформаторы (общие потери на станции 5%) — лучший выбор. |
Интеллектуальные потребности | Требуется удаленный мониторинг и интеллектуальная диспетчеризация: выбирайте интеллектуальные трансформаторы, поддерживающие связь IEC 61850 со встроенными датчиками; Потребности V2G и микросетей: твердотельные трансформаторы обеспечивают большую гибкость |
Бюджетные ограничения | Ограниченный бюджет: сочетание традиционных компактных подстанций + специальных трансформаторов для хранения энергии; Стремление к технологическому лидерству: фазосдвигающие или полупроводниковые трансформаторы как отличительные особенности |
Контрольный список ключевых параметров:
Номинальная мощность: определяется общей мощностью фотоэлектрических систем, накопителей и зарядных батарей с учетом коэффициента разнообразия.
Уровни напряжения: сторона высокого напряжения 6–35 кВ, сторона низкого напряжения, соответствующая напряжению системы (380 В/480 В/690 В и т. д.)
Импедансное напряжение: влияет на уровни тока короткого замыкания и скорость регулирования напряжения.
Метод регулирования напряжения: переключение ответвлений без нагрузки или переключение ответвлений под нагрузкой.
Степень защиты: минимум IP54 для наружного применения, выше для окружающей среды
Метод охлаждения: естественное воздушное охлаждение или принудительное воздушное охлаждение.
Интегрированные проекты фотоэлектрических систем, хранения и зарядки, как типичный сценарий интеграции инфраструктуры транспортных средств на новой энергии с возобновляемыми источниками энергии, предъявляют технические требования к трансформаторам, значительно превышающие традиционные системы распределения. От обычных компактных подстанций до высокоинтегрированных накопительных повышающих преобразователей, высокоэффективных фазосдвигающих трансформаторов и ориентированных на будущее полупроводниковых трансформаторов — каждое техническое решение имеет свои применимые сценарии и уникальное ценностное предложение.
Суть выбора трансформатора заключается в поиске оптимального баланса между эффективностью, стоимостью, надежностью и интеллектом, который наилучшим образом соответствует требованиям проекта. Для большинства коммерческих проектов использование компактных подстанций или встроенных накопительных повышающих преобразователей в сочетании с интеллектуальными системами управления питанием уже представляет собой продуманное и надежное решение. Для эталонных проектов, стремящихся к эффективности и технологическому лидерству, фазосдвигающие трансформаторы и полупроводниковые трансформаторы демонстрируют огромный потенциал.
По мере развития технического маршрута «ФЭ-Хранение-Постоянный ток-Гибкий» и распределения постоянного тока становится все более распространенным, трансформаторы превращаются из пассивных «преобразователей напряжения» в активные «энергетические маршрутизаторы». Понимание этой эволюционной тенденции обеспечит наиболее важное техническое понимание для ваших инвестиций в проект ФЭ-Хранения-Зарядки.
