С широкомасштабной реализацией проектов по электрохимическому хранению энергии трансформаторы BESS, специально разработанные для хранения энергии, стали основным и критически важным оборудованием в системах распределения электроэнергии электростанций по хранению энергии. По сравнению с традиционными промышленными и муниципальными распределительными трансформаторами, трансформаторы накопления энергии работают в более сложных условиях, характеризующихся двунаправленным потоком мощности, частыми колебаниями нагрузки, высокочастотными гармоническими помехами и смещением постоянного тока, что предъявляет более высокие требования к проектированию оборудования и производственным процессам.
Двунаправленная работа мощности является наиболее важной характеристикой трансформаторов накопления энергии. Традиционные трансформаторы работают только в одном направлении со снижением напряжения, в то время как электростанции хранения энергии постоянно чередуют зарядку и разрядку, что требует от трансформаторов частого переключения направления потока мощности и работы в условиях переменной нагрузки в течение продолжительных периодов времени. Поэтому сердечник и обмотки должны быть спроектированы с учетом усталостной стойкости, чтобы избежать таких проблем, как повышенная вибрация, аномальное повышение температуры и преждевременное старение изоляции, вызванное частым переключением питания.
Высокая гармоническая устойчивость является важным показателем для накопителей энергии. В процессе преобразования энергии преобразователь накопления энергии (СПЭ) генерирует большое количество высокочастотных гармоник, которые легко могут вызвать скачок потерь трансформатора, локальный перегрев, повышенный шум, а в тяжелых случаях – перегорание обмоток. В высококачественных трансформаторах BESS используются сердечники с низкими потерями и оптимизированные электромагнитные структуры; В проектах с высокими требованиями используется конструкция подавления гармоник класса K для эффективной компенсации потерь на гармоники и обеспечения стабильной работы оборудования.
Подавление смещения постоянного тока является уникальной технической задачей для трансформаторов хранения энергии. Системы хранения энергии, подключенные к сети, склонны к проникновению компонентов постоянного тока в сеть, вызывая смещение постоянного тока в трансформаторе, что приводит к насыщению сердечника, повышенному шуму, чрезмерному повышению температуры и сильной вибрации оборудования. Оптимизация параметров плотности магнитного потока сердечника и добавление структур подавления постоянного тока могут эффективно решить проблему смещения и повысить стабильность подключения к сети.
Электростанции по накоплению энергии испытывают чрезвычайно нестабильные нагрузки, требующие оборудования с превосходной перегрузочной способностью. Мощность зарядки и разрядки колеблется в реальном времени в зависимости от выработки фотоэлектрической энергии, выходной мощности ветра и пользовательской нагрузки; кратковременные перегрузки и резкие изменения нагрузки являются обычным явлением. Трансформаторы BESS имеют достаточный запас по температуре и стабильно выдерживают кратковременные перегрузки в 1,2–1,5 раза, адаптируясь к динамическим условиям работы накопителей энергии.
Конструктивно они в основном имеют конструкцию с разделенной обмоткой, которая позволяет реализовать независимое электропитание для нескольких накопителей энергии, уменьшить межветвевые помехи и повысить общую надежность электроснабжения электростанции. В целом, трансформаторы накопления энергии специально разработаны для динамических, двунаправленных и высокогармонических условий эксплуатации и являются основным оборудованием, обеспечивающим долгосрочную безопасную и эффективную работу электростанций накопления энергии.
