I. Geçerli Standartlar ve Temel Tanımlar
1. Geçerli Ulusal Standartlar
GB/T 51048-2025 *Elektrokimyasal Enerji Depolama Güç İstasyonlarının Tasarım Standardı*; GB/T 34120 *Enerji Depolamalı Güç Dönüşüm Sistemleri (PCS) için Teknik Şartname*; GB/T 14549 *Kamu Tedarik Ağlarında Harmonikler*; Güç transformatörleri için GB/T 1094 serisi standartları; Kuru tip transformatörler için IEC 60726 standardı.
2. Ekipman Konumlandırması
PCS ile eşleştirilmiş doğrultucu transformatör, çift yönlü faz-kaydıran bir doğrultucu ve izolasyon ünitesidir. Şarj aşamasında şebekeden gelen AC voltajı azaltır ve aküyü şarj etmek için düzeltir. Deşarj aşaması sırasında, gücü şebekeye geri beslemek için aküden gelen DC çıkışını (invertör aracılığıyla) yönetir ve çift yönlü, dört-dört bölgeli güç iletimini mümkün kılar. Dört temel fonksiyonu (gerilim dönüşümü, elektriksel izolasyon, harmonik bastırma ve kısa-devre akımı sınırlama-) entegre ederek onu tek yönlü endüstriyel redresör transformatörlerinden ve standart dağıtım transformatörlerinden ayırır.
3. Tipik Uygulama Senaryoları
1) Konut / C&I (Ticari ve Endüstriyel) tarafında enerji depolama (0,4kV düşük-voltajlı PCS, 50kW–2MW)
2) PV ile eşleştirilmiş prefabrik enerji depolama üniteleri (10kV toplama, 2–10MW)
3) Large-scale standalone energy storage power stations / shared energy storage (35kV high-voltage, >10 MW)
4) Mikro şebekeler ve şebeke dışı-şebeke-şekillendirici enerji depolama sistemleri
Temel çalışma özellikleri: Çift yönlü güç akışı, sık güç dalgalanmaları, kısa-süreli aşırı yük, harmonik süperpozisyon, katı yangın ve patlama güvenliği gereksinimleri ve sürekli 7/24 aralıklı döngüsel şarj-deşarj işlemi.
II. Enerji Depolama PCS Doğrultucu Transformatörleri için Uygulama Özellikleri
(I) Elektrikle Çalışma Şartnameleri
1. Çift Yönlü Manyetik Devre Dengesi Şartname:Sargıların ve çekirdeğin simetrik tasarımı, hem şarj hem de deşarj güç yönlerinde eşit histerezis kayıpları sağlayarak tek yönlü DC öngeriliminin (manyetik öngerilim) neden olduğu aşırı ısınmayı önler; tek yönlü doğrultucu transformatörlerle (tipik olarak elektrolitik uygulamalar için kullanılır) doğrudan ikame yasaktır.
2. Yük Dalgalanması Tolerans Özellikleri:%20–%100 nominal güç aralığında sürekli döngüsel çalışmaya izin verilir; 60 saniye boyunca nominal gücün 1,25 katı kısa-süreli aşırı yük kapasitesi; %3'ten az veya eşit voltaj regülasyonu ile ±%10'luk şebeke voltajı dalgalanmaları ve ±%2'lik frekans sapmaları altında korunan kararlı çıkış.
3. Zorunlu Harmonik Kontrol Özellikleri:Units with a capacity >500 kVA, 12-darbeli (veya daha yüksek) faz-kaydırma yapısını kullanmalıdır; 3000 kVA'ya eşit veya daha büyük-ölçekli enerji depolama istasyonlarında 24 darbeli bir yapıya öncelik verilmelidir. Şebeke tarafı akımı THD, ek reaktif güç kompanzasyon ekipmanı ihtiyacını en aza indirmek için genel şebeke bağlantı gereksinimlerini (THD 12 darbe için %8'e eşit veya daha az, THD 24 darbe için %3'e eşit veya daha az) karşılamalıdır.
4. Kısa-Devre Akımı Sınırlama Özellikleri:Kısa-devre empedansı, çift yönlü şebeke beslemesi sırasında voltaj düşüşlerinin kontrolü ile komütasyon dalgalanmalarının bastırılmasını dengelemek için %4–%7 arasında standartlaştırılmıştır; aşırı düşük empedans PCS güç modüllerine zarar verme riski taşırken, aşırı yüksek empedans şarj ve deşarj sırasında güç kayıplarını artırır.
5. DC İzolasyon ve Güvenlik Özellikleri:Güç-frekansı dayanım gerilimi 3,5 kV'tan büyük veya ona eşit olan, yüksek/düşük-gerilim sargıları ve çok sayıda ikincil faz-kayma sargısı grubu arasında güçlendirilmiş yalıtım; Pilden kaynaklanan DC arızalarının şebekeye yayılmasını engellemek ve adalama ve ters aşırı gerilimle ilişkili riskleri azaltmak için tasarlanmıştır.
(II) Çevre ve Yangın Güvenliği Uygulama Şartnameleri
1. Prefabrik konteynerler ve kapalı enerji depolama odaları için yalnızca kuru-tip epoksi-döküm ünitelerine izin verilir;yağa-batırılmışBu kapalı alanlarda ekipman kullanılması kesinlikle yasaktır. Yağa batırılmış transformatörleri barındıran bağımsız dış-yüksek gerilim dağıtım odaları-yangın-yağ çukurları ve gaz-tabanlı yangın söndürme sistemleriyle donatılmalıdır.
2. Çevresel Hoşgörü Standartları:Çalışma sıcaklığı aralığı -25 derece ila +40 derece; bağıl nem %95'e eşit veya daha az (yoğuşmasız-). Kıyı (tuz spreyi) veya endüstriyel (aşındırıcı) ortamlarda kullanılan üniteler "3 dayanıklı" (nem, tuz spreyi ve küf) korozyon önleyici kaplamalara sahip olmalı ve tüm bağlantı elemanları 304 paslanmaz çelikten yapılmış olmalıdır.
3. Yalıtım Sınıfı Özellikleri:Standart iç enerji depolama sistemleri için F Sınıfı yalıtım; Yüksek-nemli, kıyı ve dış mekan konteynerli üniteler için H Sınıfı yalıtım. Sıcaklık artış tasarımları, döngüsel şarj ve deşarj sırasında sürekli ısı oluşumunu karşılamak için en az 10K'lik bir marj içermelidir. 4. Koruma Derecesi: İç mekan kullanımı için IP23; Dış mekan prefabrik kabinleri için IP54 tamamen yalıtılmıştır (toza-dayanıklı, suya ve yoğuşmaya-dayanıklı). Kapatma sonrasında ön-kurutma gerekmeden doğrudan başlatma mümkündür.
(III) Şebeke-bağlantısı ve Koruma Ara Kilidi Teknik Özellikleri
1. Sıcaklık kontrol sinyalleri, arızalı kuru kontaklar ve Modbus iletişim arayüzleri standart olarak dahil edilmelidir; bunların enerji depolama EMS'sine bağlanması ve koruma için PCS ve BMS ile birbirine kenetlenmesi gerekir.
2. Koruma Mantığı:Aşırı sıcaklık-sarımı için katmanlı alarmlar; yüksek-sıcaklık yolculukları PCS'nin kapanmasını tetikler ve şarj/deşarjı kilitler. Koruma, aşırı-gerilim, düşük-gerilim, sıfır-sıra ve kısa-devre işlevlerini içerir; yüksek/düşük gerilimde geçiş (HVRT/LVRT) ve adalanmayı önleme koruması için PCS ile koordineli çalışır.
3. Çoklu-PCS Paralel Bağlantı Özellikleri:Aynı kabindeki birden fazla redresör transformatörü için, dolaşım akımlarını ve yük dengesizliğini önlemek için empedans, dönüşüm oranı ve faz-kayma açısı aynı olmalıdır (faz-kayma hatası ±1 dereceye eşit veya daha az).
III. Zorunlu Sistem Yapılandırma Gereksinimleri
(I) Kapasite Yapılandırma Hesaplamaları ve Marj Gereksinimleri
1. Hesaplama Formülü
Nominal Kapasite S (kVA)=PCS Nominal Aktif Güç P ÷ Güç Faktörü (cosφ) ÷ Doğrultucu Verimi (η) × Marj Katsayısı. Standart cosφ 0,95'tir; çift yönlü birleşik verimlilik 0,94–0,96'dır.
2. Katmanlı Marj Yapılandırması
C&I (Ticari ve Endüstriyel) kararlı-durum enerji depolaması: 1,2 kat marj;
PV-birleşik enerji depolama (yüksek güneş ışınımı dalgalanması): 1,25–1,3x;
Bağımsız büyük-ölçekli temel frekans düzenlemeli enerji depolama (sıklıkla yüksek-güç çıkışı): 1,3x'ten büyük veya eşit.
Örnek: Cosφ=0.95'ye sahip 500kW'lık bir PCS için, 630kVA'lık bir redresör transformatörü standart konfigürasyondur.
3. Artıklık Yapılandırması: 10 MW'ı aşan enerji depolama kümeleri, tek bir ünite arızasının enerji depolama sisteminin toplam güç çıkışını kesmemesi için N+1 doğrultucu transformatör yedekliliğini kullanmalıdır.
(II) Darbe-dalga topolojileri için kapasite-tabanlı yapılandırma şemaları
1. Kapasite 500 kVA'ya eşit veya daha az (Küçük-ölçekli konut enerji depolaması):6 darbeli düzeltme; düşük maliyetli; basit pasif filtrelemeyle eşleştirilir.
2. 500–3000 kVA (Endüstriyel/ticari ve prefabrik konteynerli enerji depolama):12-darbeli faz-kaydırma düzeltmesi (endüstri standardı); ikili-bölünmüş faz-kayma sargıları; Harmonik performans, çoğu durumda şebeke-bağlantısı kabul kriterlerini karşılar; Piyasada enerji depolamaya yönelik özel kuru tip redresör ürünleri proje seçeneği olarak değerlendirilebilir.
3. 3000 kVA'dan büyük veya ona eşit (Büyük-ölçekli bağımsız enerji depolama santralleri):24-darbe fazı-kaydırma düzeltmesi; çok aşamalı harmonik iptali; sıkı şebeke güç kalitesi gereksinimlerini karşılar; Filtre kabinlerinin kapladığı alanı azaltır.
(III) Soğutma yapısı konfigürasyon gereksinimleri
1. Epoksi-döküm kuru-tipi doğal soğutma (AN):Kapasite 800 kVA'ya eşit veya daha az; küçük-ölçekli konut kullanımı veya kabine-entegre PCS uygulamaları için.
2. Kuru-tip zorlamalı hava soğutması (AF):Prefabrik konteynerli enerji depolama için > 800 kVA; çift-yedek sıcaklık-kontrollü fanlar; fan arızası durumunda anında alarmlar.
3. Büyük-kapasiteli 35 kV dış mekan yüksek-voltaj toplama istasyonları:Yağa-daldırılmış zorlamalı-hava soğutmalı (OFAF) doğrultucu transformatörler; yağ seviyesini, gazı (Buchholz rölesi) ve yağ sıcaklığını izleyen koruma sistemleriyle donatılmıştır.
(IV) Çekirdek ve sargı malzemeleri için konfigürasyon standartları
1. Çekirdek:Yüksek-kaliteli, düşük-histerezisli tanecik-yönelimli silikon çelik saclar; amorf alaşım çekirdekler, yüksek-kapasiteli enerji depolama için bir seçenektir; çift yönlü şarj/deşarj döngüleri sırasında yüksüz-kayıpları %40 azaltır, kWh başına enerji kaybını azaltır ve elektrik santralinin genel enerji verimliliğini optimize eder.
2. Sarma:Oksijen-içermeyen saf bakır iletkenler; düşük akım yoğunluğu tasarımı (2,2 A/mm²'ye eşit veya daha az); güçlendirilmiş sargı ucu-yüksek frekanslı PCS güç anahtarlamasının neden olduğu elektromekanik strese- dayanacak şekilde döner; Uzun-dönemsel şarj ve deşarj sırasında aşırı ısınmaya ve eskimeye yatkınlık nedeniyle alüminyum sargılar yasaktır.
(V) Yardımcı İzleme ve Aksesuar Yapılandırması
1. Standart konfigürasyon, üst ve alt sargı sıcaklıklarını gerçek zamanlı olarak izlemek için üç-fazlı sargı platin dirençli sıcaklık izleme cihazını içerir.
2. Muhafaza, yüksek-nemli ortamlarda muhafaza üzerindeki yoğuşmayı bastırmak için bir nem alma ısıtıcısıyla donatılmıştır.
3. RC (direnç-kapasitör) durdurma devreleri için arayüzler, çift yönlü PCS anahtarlaması sırasında üretilen geçici aşırı gerilimleri absorbe etmek için ikincil tarafta ayrılmıştır.
4. Taşıma ve çalışma sırasında titreşimleri absorbe etmek ve terminalin aşırı ısınmasını veya gevşemesini önlemek amacıyla yüksek- ve düşük-voltajlı giriş/çıkış hatlarında esnek bağlantılar kullanılır.
IV. Uygulama Senaryosuna Göre Standartlaştırılmış Konfigürasyon Şemaları
1. Ticari ve Endüstriyel (C&I) Enerji Depolama (50kW–2MW, 0,4kV)
Yapılandırma:12-darbeli epoksi-döküm kuru-tipi doğrultucu transformatör; F sınıfı yalıtım; IP23 koruması; cebri hava soğutması; 1,2x kapasite marjı; temel sıcaklık izleme; Harmonik bastırma için-yerleşik faz kaydırma sargıları.
2. PV-Entegre Prefabrik Konteyner Enerji Depolama (2–10MW, 10kV)
Yapılandırma:12/24-darbeli yüksek-kuru-tipte doğrultucu transformatör; H Sınıfı "3-geçirmez" (neme, küflenmeye ve tuz serpintisine dayanıklı) yalıtım; IP54 tamamen kapalı muhafaza; çift yedekli fanlar; tam RS-485 iletişimi; EMS bağlantılı koruma; 1,25–1,3x kapasite marjı.
3. Büyük-ölçekli Bağımsız Paylaşımlı Enerji Depolama (10MW, 35kV'den büyük veya eşit)
Yapılandırma:24-darbeli faz-kaydırmalı doğrultucu transformatörü; yüksek-gerilimli yağlı-daldırılmış (zorlamalı hava-soğutmalı) veya büyük-kapasiteli kuru-tip model; amorf alaşımlı düşük-kayıplı çekirdek; kapsamlı çok-katmanlı koruma (Buchholz/gaz, yağ sıcaklığı, sargı sıcaklığı); N+1 artıklık; yüksek güçlü çift yönlü çalışma (şebeke frekansı düzenlemesi ve tepe tıraşlama) için tasarlanmıştır.
4. Şebekeden Bağımsız- Mikro Şebeke Enerji Depolama Sistemi
Yapılandırma:12-darbe izolasyonlu doğrultucu transformatör; geniş aralıklı voltaj düzenleme tasarımı; voltaj regülasyon oranı %2'ye eşit veya daha az; sık mikro şebeke voltajı dalgalanmalarına göre uyarlanmıştır; geliştirilmiş çift yönlü aşırı gerilim koruması.
V. Yapılandırma ve Seçimdeki Yasaklar ve Tuzaklar
1. Çift yönlü enerji depolama doğrultucu transformatörlerin yerine, standart metalurji veya elektrokaplama için tasarlanmış tek yönlü (tek-yollu) doğrultucu transformatörlerin-kullanılmasını kesinlikle yasaklayın; tek yönlü manyetik devre tasarımları, deşarj işlemleri sırasında ciddi DC yanlılığına ve aşırı ısınmaya neden olur.
2. Enerji depolama sistemlerine yönelik yangın güvenliği tasarım standartlarını ihlal ettiğinden, prefabrik enerji depolama muhafazalarında yağa batırılmış redresör ekipmanı kullanılmamalıdır-.
3. Büyük kapasiteli enerji depolama sistemleri için basit 6-darbeli yapılandırmaları kullanmayın; aşırı harmonikler şebeke cezalarına neden olabilir ve BMS/PCS kontrol sistemlerine müdahale edebilir.
4. Kapasite marjlarından taviz vermeyin; frekans düzenlemeli enerji depolamanın karakteristik özelliği olan sık-güçlü şarj/deşarj döngüleri, kolayca uzun-vadeli trafo aşırı yüklenmesine ve sık sık koruma alarmlarına neden olabilir.
5. Çoklu-PCS paralel sistemlerde, farklı empedans değerlerine veya darbe değerlerine sahip redresör transformatörlerini karıştırmayın; bu, güç bileşenlerini yakabilecek devasa dolaşım akımları yaratır.
VI. İşletme ve Bakım Standartları
1. Sargı sıcaklık artışını ve terminal sıcaklıklarını düzenli olarak izleyin; üç ayda bir kuru-tip trafo muhafazalarının yüzeyindeki tozu temizleyin.
2. Tuz serpintisine eğilimli kıyı bölgelerinde, muhafazanın korozyon önleyici kaplamalarını yıllık olarak-inceleyin ve bağlantı elemanlarının pas giderme ve bakım işlemlerini gerçekleştirin.
3. Sistemin başlatılmasından/kapatılmasından/kapatılmasından veya önemli güç çıkışı değişikliklerinden sonra, DC yanlılığı veya aşırı ısınmayla ilgili potansiyel riskleri belirlemek için transformatör sıcaklığını ve harmonik çalışma eğrilerini analiz edin.
4. Çift yönlü çalışma koşulları altında izolasyonun eskimesini değerlendirmek ve akü tarafında DC izolasyonunun güvenliğini sağlamak için yıllık izolasyon direnci ve dayanım gerilimi testleri gerçekleştirin.
VII. Özet
Enerji depolama PCS doğrultucu transformatörlerinin temel tasarımı dört temel gereksinime odaklanır: çift yönlü güç iletimi, döngüsel dalgalanan yükler, yangın ve patlama güvenliği ve şebeke-bağlantı harmonik sınırları. Yapılandırma, elektrik santralinin kapasitesine ve uygulama senaryosuna göre uyarlanmalı,-uygun darbe yapıları, soğutma yöntemleri, yalıtım koruması ve kapasite marjları seçilerek-aynı anda sıcaklık kontrolü, iletişim ve kilitleme koruması için destekleyici gereksinimler uygulanmalıdır. Kuru-tip çok-darbeli faz-kaydırmalı transformatör konfigürasyonları şu anda prefabrik elektrokimyasal enerji depolama üniteleri ve ticari/endüstriyel enerji depolama sistemleri için ana tercihtir. Büyük-kapasiteli bağımsız enerji depolaması için, ihtiyaca göre 24-darbeli yüksek gerilim-doğrultma şeması seçilebilir; bu yaklaşım, sistemin tüm yaşam döngüsü boyunca şarj-deşarj kayıplarını azaltırken şebeke bağlantı standartlarını karşılar ve pil ile PCS sistemlerinin uzun vadeli, güvenli ve istikrarlı çalışmasını sağlar.
