Как выбрать распределительный трансформатор для проекта микросети

Выбор трансформатора для микросети отличается от выбора для обычных распределительных проектов. Он должен обеспечивать работу фотоэлектрических модулей, систем накопления энергии, зарядных устройств для электромобилей и другого силового электронного оборудования с двунаправленным потоком мощности и повышенным уровнем гармоник. Если трансформатор слишком мал, он может перегружаться и отключаться. Если он слишком велик, он будет длительное время работать в режиме лёгкой нагрузки, а холостые потери повысят расходы на электроэнергию. В следующих шести пунктах объясняется логика выбора.

1. Мощность: сначала рассчитайте нагрузку, затем учтите возможность расширения

Не суммируйте просто номинальные мощности всех устройств. Общепринятая формула такова:

Расчётная нагрузка = Суммарная установленная мощность

× Коэффициент одновременности ÷ Коэффициент мощности

Коэффициент одновременности обычно составляет 0.5–0.7для типовых промышленных зданий, 0.6–0.7для станций зарядки легковых автомобилей и 0.75–0.85для станций быстрой зарядки тяжёлых грузовиков. Коэффициент мощности обычно принимается равным 0,9. После расчёта полученного значения его следует округлить вверх до стандартной мощности и предусмотреть резерв на расширение — от 10 % до 20 % — для последующих зарядных устройств, фотогальванических модулей или новых нагрузок.

Стандарты проектирования микросетей также предусматривают, что мощность трансформатора может быть выбрана исходя из максимальной непрерывной обменной мощности между микросетью и внешней сетью, а предпочтение следует отдавать естественно охлаждаемым трансформаторам с низкими потерями.

Распространённые номинальные значения могут служить ориентиром: 630 кВА для небольших распределённых ФЭМ, нескольких зарядных устройств и ограниченной нагрузки; 800 кВА для парковых ФЭМ-накопительных-зарядных систем, средних зарядных станций и обычных централизованных ФЭМ; 1250 кВА для ультрабыстрой зарядки тяжёлых грузовиков, крупных ФЭМ-массивов или узлов с чётко прописанными планами расширения. Долгосрочная загрузка должна составлять предпочтительно 70–85 %. Не допускается длительная эксплуатация при полной нагрузке или продолжительная работа ниже 50 %.

2. Напряжение и частота: соответствие параметрам внешней сети и оборудования со стороны источника

Уровень напряжения зависит от условия подключения к сети с одной стороны и выходные параметры инверторов ФЭМ, систем накопления энергии И преобразователей постоянного тока в переменный (PCS), а также зарядных устройств — с другой.

Типичная конфигурация — 10 кВ сторона высокого напряжения, 0,4 кВ (380 В), сторона низкого напряжения и 50 гц . Если выходное напряжение PCS для систем накопления энергии составляет 0,69 кВ, то сторону низкого напряжения следует выбрать равной 0,69 кВ вместо принудительного применения стандартного значения 0,4 кВ. Что касается группы соединения обмоток трансформатора, Dyn11 часто применяется для распределительных трансформаторов 10 кВ/0,4 кВ. Эта группа хорошо подавляет третью гармонику и лучше справляется с несимметричной нагрузкой, что делает её подходящей для микросетей с множеством источников гармоник.

3. Маслонаполненные или сухие трансформаторы: сначала проверьте условия пожарной безопасности

Это в первую очередь вопрос соответствия нормативным требованиям , а затем — вопрос стоимости и эксплуатационных характеристик.

Трансформаторы сухого типа

Безмасляные, огнестойкие и взрывозащищённые. Подходят для помещений внутри зданий, подвалов, мест с высокой плотностью населения или строго контролируемых с точки зрения пожарной безопасности объектов, таких как торговые комплексы, больницы, центры обработки данных и подземные зарядные станции. Их первоначальная стоимость обычно на 20–30 % выше, чем у маслонаполненных трансформаторов аналогичной мощности, однако для проектов в помещениях соблюдение требований пожарной безопасности является обязательным условием.

Масляные трансформаторы

Экономичные, эффективно отводят тепло и обладают высокой перегрузочной способностью. Способны выдерживать нагрузку до 120 % в течение нескольких часов без отключения. Подходят для автономных наружных подстанций, открытых площадок и объектов с относительно лояльными требованиями к пожарной безопасности, например, наземных фотоэлектрических электростанций, наружных зарядных станций и автономных повышающих подстанций накопителей энергии. Модели класса энергоэффективности 1, такие как S22, имеют низкие холостые потери и обеспечивают преимущество в долгосрочных эксплуатационных расходах.

Коротко говоря: сухого типа для внутренних помещений с высокой плотностью населения, масляные — для открытых наружных пространств .

4. Потери, нагрев и напряжение короткого замыкания: обратите внимание на долгосрочные затраты

Трансформаторы микросетей часто работают в течение длительного времени, поэтому холостые и нагрузочные потери напрямую влияют на рентабельность проекта. Требуется, чтобы продукция соответствовала GB 20052 и отдавала предпочтение энергоэффективности класса 1. Например, сухой трансформатор мощностью 1000 кВА класса 1 снижает холостые потери примерно на 30 % по сравнению с устройством класса 2. Дополнительные капитальные затраты обычно окупаются за счёт экономии электроэнергии в течение 3–5 лет.

Напряжение короткого замыкания для традиционных распределительных трансформаторов, как правило, составляет 4%–6%. При параллельной работе нескольких трансформаторов разница в напряжении короткого замыкания не должна превышать 10 %. Предельные значения нагрева должны соответствовать стандарту GB 1094.2; нагрев обмоток, как правило, не должен превышать 65 К. В условиях высоких температур или в герметичных помещениях теплоотвод необходимо проверять особо.

5. Совместимость с инвертерами ФЭС и системами хранения энергии (PCS)

Обычный распределительный трансформатор имеет однонаправленный поток мощности. Трансформатор микросети сталкивается с тремя дополнительными проблемами:

Во-первых, двунаправленный поток мощности. Направление мощности может меняться десятки или сотни раз в сутки при переходе между зарядкой и разрядкой. Механическая прочность обмоток должна учитывать частые прямые и обратные воздействия, а не только обычные требования к однонаправленным распределительным трансформаторам.

Во-вторых, устойчивость к гармоникам. Инвертеры ФЭС и преобразователи систем накопления энергии (PCS) генерируют 3-ю, 5-ю и 7-ю гармоники, вызывая дополнительные потери в обмотках и локальный перегрев. Коэффициент K трансформатора должен быть не ниже K4 ; в сценариях высокочастотного ключевого управления может потребоваться K13. Сопротивление короткого замыкания должно быть согласовано с производителями PCS и инвертеров для предотвращения резонанса.

В-третьих, запас по перегрузке для систем накопления энергии. Трансформаторы для систем накопления энергии обычно рассчитаны на непрерывную разрядку в течение 1 часа. Способность к кратковременной перегрузке должна иметь запас; не следует выбирать трансформатор строго «один к одному» исходя только из номинальной мощности PCS.

6. Технические параметры, подлежащие предоставлению до закупки

Перед запросом коммерческих предложений предоставьте максимально возможное количество следующих параметров:

Основные параметры

• Номинальная мощность (кВА), номинальные напряжения высокого и низкого напряжения (кВ), частота (Гц), число фаз, векторная группа (например, Dyn11).

Характеристики

• Потери холостого хода (кВт), потери нагрузки (кВт), импеданс короткого замыкания (%), предел повышения температуры (К), класс изоляции, частичные разряды.

Условия эксплуатации и конструкция

• Установка внутри помещений или на открытом воздухе, степень защиты (для наружных корпусов — не ниже IP54), способ охлаждения, надморная высота, диапазон температур окружающей среды.

Особые требования для микросетей

• Проектирование для двунаправленной работы, коэффициент K, спектр гармоник или параметры PCS, требования к кратковременной перегрузке, согласование защит при подключении к сети.

Сертификация

• Отчёт об испытаниях энергоэффективности, отчёт о типовых испытаниях, сертификат соответствия стандарту GB 20052.

Соответствующие решения компании Jiangsu Unita

Ассортимент продукции компании Jiangsu Unita охватывает указанные выше потребности в подборе оборудования:

• Масляные распределительные трансформаторы (серии S20/S22): Для наружных фотоэлектрических электростанций, автономных повышающих подстанций накопителей энергии и открытых зарядных станций. Модели класса энергоэффективности 1 обеспечивают низкие потери и высокую перегрузочную способность при длительной эксплуатации.
• Сухие трансформаторы (серия SCB18): Для внутренних зарядных станций, коммерческих комплексов, центров обработки данных и подвалов с жёсткими требованиями к пожарной безопасности. Безмасляные, огнестойкие, класса энергоэффективности 1, пригодны для работы в условиях гармонических искажений, создаваемых фотоэлектрическими инверторами и преобразователями систем хранения энергии (PCS).
• Индивидуальные решения: Целенаправленные конфигурации по мощности, импедансу, нагреву, группе соединения обмоток и степени защиты, основанные на графиках нагрузки, гармонических характеристиках PCS, условиях подключения к сети и планах расширения. Мы также оказываем поддержку подрядчикам EPC и заказчикам в верификации нагрузки и подготовке документации для подключения к электросети.