Af hverju eru tveggja áttar DC-DC umbreytari hjartan á næsta kynslóð af rafhladunarorkusýskum (BESS)

Innleiðing: Hraðvirk vaxt á rafmagnsgreiningargeymslukerfum

Á meðan heimsins rafmagnsnet fer á áfangi að dreifðum endurnýjanlegum orkuheimildum eins og sólar- og vindorku hefur þörfin á rafmagnsgreiningargeymslukerfum (BESS) með háum getu stigið mjög hratt. Þessi kerfi eru ekki lengur aðeins valkvæð viðbætur fyrir rekstur utan netins; þau eru mikilvæg gagnamál fyrir netið sem notað eru til tíðnireglu, skiftis á toppi sólarorku, stjórnunar á hraða veldisupprás og neyðarrafmagns. Nútíma BESS er mikil fjárhagslegur fjármögnun, frá hundruðum kílowattstunda upp í margar megawattstundir á netinu.

Í kjarnan á hverju BESS er rafmagnstæknihardarefnið sem stjórnar rafstraumi milli rafvirkra frumna og notendanetsins eða staðbundins AC-netjarðar. Á meðan hefðbundin geymslulögun hefur áður byggt á einrétta umbreytum eða flóknum skiptikringum með rælum, hefur nýja kynslóð BESS-lögun sett tvírétta DC-DC-umbreytur sem óhneyttilega kröfu. Fyrir innkaupastjóra, iðnaðarverkefnisþróunaraðila og kerfishönnuða er að skilja verkfræðiforheit þessara tvíréttra umbreytara lykil til að velja rétta geymsluhardarefnið.

Sp.: Af hverju eru tvírétta DC-DC-umbreytur talin vera framtíð BESS (Battery Energy Storage Systems) í stað hefðbundinna einréttra topólógía?

Svar:

Tvíhliða DC-DC-umvandlari eru framtíðin fyrir BESS því þeir gerðu mögulegt samfellda tveggja áttara aflstraum í gegnum eina, heildstæða halþreininga-topólógiu og útþýða þörfina á rúmlegum vélaræðum snúningsskönnum eða sérstökum hleðslu- og afhleðsluskrám. Þeir tengja mikil spennugáp milli lágspennubatterípakka og háspennu DC- eða AC-skráa (t.d. frá 400 V upp í 1500 V DC) með umvandlingsafurðum sem eru yfir 98 prósent.

Auk þess leyfa tvíhliða umvandlari í rauninni framfarin kerfisvalmöguleika. Þessir valmöguleikar innihalda fljótandi hleðslu og afhleðslu batteríapakka með viðbrögðum undir millisekúndu, jafnvægi cellna í batteríapökkum með passífu og virku aðferðum, nákvæma stjórn á hleðslustöðu (SOC) og aðskilning á skemmdum batteríuströngum án þess að trufla heildarvistunarskrána. Með því að uppfæra í tvíhliða umvandlamódules geta BESS-hönnuðir minnka heildarstaðsetningu tæknisins upp í 40 prósent, lægra hitabelastun og minnka heildarkostnað líftíma orkugeymslunnar.

Tæknifyrirhald 1: Ótrauður aflstraumur og svarstíði undir einn millisekúndu

Í hefðbundnum rafmagnsgeymjukerfum þurfti að nota aðskilin, óháð einrétta umbreytiskringla til að hlaða rafmagnsgeymjunni frá sólkerfi og losa hana á rafmagnsvöld. Skipting á milli þessa stöðu krafðist opnunar og lokunar á raunverulegum tengjum eða rælum.

• Úrelsing á vélarlegri dvalatíð: Raunverulegir rælar valda dvalatíð á 10–50 millisekúndum við skiptingu. Í nútíma kerfum til að gera rafmagnsvöld stöðug, eins og fyrsta tíðarsvör við tíðnibreytingar, er slík dvalatíð óþolandi. Tvær-áttar DC-DC-umbreytir nota samhæfisbrú af hálfleiðissvitsum (eins og silíkínkarbíð-MOSFET) sem geta snúið um átt straumsins augnablikssamlega. Þetta er gert með því að breyta stýrisignalum svitsanna, sem gerir kleift að snúa um átt afls í minna en einni millisekúndu.
• Dynamískur netstöðugleikastyrkur: Geta skipts frá hlaðnun til afhendingar á minna en millisekúndu gerir BESS kleift að neyða stuttvarandi ofháspennu á netinu og innhræða straum á augnabliki til að koma í veg fyrir spennusökki. Þessi háhraða afköst eru mikilvæg fyrir ávallt virkni lítillnets og stöðugleika netsins á stórum skala.

Tækniforsprungur 2: Breið spennisviðssamræmi og staðlað kerfi

Nútímasafnunartæknin er mjög módulegr. Einstakir litíum-íóna rafhlaðuþættir eru sameinuðir í pakkar, módules og röðvar. Heildarspennan í rafhlaðuröðinni breytist stöðugt eftir hleðslustöðu hennar, frá dýptri óhlaðnun til fullrar hlaðnunar.

• Tenging á milli jafnstraumnetins: Miðlunartæki eða jafnstraum-til-víxstraum tenging við netið virkar mest árangursríkt við háa, staðlaða jafnstraumnetspennu (oft 800 V til 1500 V jafnstraum). Í öðru lagi geta röðir af rafhlaðum unnið við nafnpennu á 400 V jafnstraum. Tvíhliða jafnstraum-til-jafnstraum umbreytariinn er virkur spennubuffur. Þegar rafhlöðurnar eru að losa orku hefur umbreytariinn hækkunaraðgerð sem hækkar breytilega 400 V spennuna úr rafhlöðunni upp í staðlaða 800 V jafnstraumnetspennu. Þegar rafhlöðurnar eru að hlöða hefur umbreytariinn lækkunaraðgerð sem lækkar 800 V jafnstraumnetspennuna niður í þá spennu sem rafhlaðueiningarnar krefjast, og stillir spennuna áfram með breytilegri aðferð til að fylgja CC-CV (Constant Current – Constant Voltage) hlöðunarferli.
• Há orkumbreytingareffektívleiki: Með því að nota nútíma skammtopólogíur, eins og tvíhliða virka brú (Dual Active Bridge) eða LLC skammtumbreytara, geta tvíhliða umbreytara náð núllspennuskiptum (ZVS) eða núllstraumskiptum (ZCS). Þessi mjúk skiptatekník minnkar markvörðugt skiptatap og gerir umbreytaranum kleift að halda áfram að vinna með 98,5 prósentu orkumbreytingareffektívleika yfir breiðan spennusvæðisvið.

Tækniforysta 3: Virk jöfnun á strengjastigi og villafrumgreining

Í stórum BESS-uppsetningum eru margir bátarstrengir tengdir samsíða við sameinuð DC-bus. Ef einhver strengur hefur lægri spennu eða skemmda frum, getur hann dregið umhverfisstrauma frá aðliggjandi strengjum, sem leiðir til yfirhitunar, hröðuðs frumafleiðingar eða hitasprengingar.

• Strengjastigs-umbreytari: Nýjustu BESS-hönnunir nota sérstakann tvíhliða DC-DC-umbreytara fyrir hvern einasta bátarstreng, í stað þess að tengja alla strengi beint við mið-umbreytara. Þessi dreifð bygging gerir kerfinu kleift að stýra hverjum bátarstreng sjálfstætt. Umbreytari reglur hvert áhaldsstrauminn fyrir hvern streng á samræmisvísi eftir eiginlegum heilsustöðu (SOH) og innri viðnám, og krefur þannig umhverfisstrauma alveg úr leik.
• Rafræn aðskilningur: Ef villusökkun í frumugrind eða hitavandamál er greint upp í ákveðinni röð getur sérstaklega hannaður tveggja leiða umbreytir strax stöðvað skiptingarhring, rafrænlega aðskilja þá röð frá háspennu DC-rásinni. Hinar hlutir BESS geta heldur starfað á fullri getu, sem gerir mögulega heit-skiptingu og hámarkar notkunartíma kerfisins.

JYINS Electrical: Verkfræði fyrir fyrsta flokksgæða tveggja leiða rafmagns-umbreytingu

Við JYINS Electrical höfum byggt hefð okkar á hönnun og framleiðslu á öryggis- og afkvæmisvænna rafmagns-umbreytisrafrænna. Verkfræðifélag okkar hefur þróað sérstaka tveggja leiða DC-DC umbreytismóduла og snjalla hybrid-invertara sem uppfylla strangar kröfur nútímas BESS-hönnuða:

• Ítrað samsetning á silíkín-karbíð (SiC): Tveggja leiða hönnun okkar inniheldur fyrsta flokksgæða SiC rafmagnshálfleiðara, sem gerir mögulega skipting á háum tíðnum, útmarga hitaþol og hámarksafkvæmisvæni allt að 98,8 prósent.
• Intelligent DSP-stýrikerfi: JYINS-umvandlara nota hraða tölusignalstýrikerfi til að framkvæma flókin lokuð lykja stýrialgoritmar, sem tryggja staðlagan spennustýringu og óskaðan, mjög hröða aflstraumskipti.
• Almennt verndarsafn: Hardver okkar er útbúin með innbyggðri ofspennu-, ofstraum-, skammhleypu- og ofhitavernd, sem tryggir örugga rekstur í hámátta viðskipta- og iðnaðar- og litla rafmagnsskerfum.
• Óskað BMS-samspil: JYINS-utgerðin hefur innbyggða CAN-bus- og Modbus-tengingar fyrir samtalsvið, sem leyfir rauntíma samstillt stýringu með bikarbatterjastýringarkerfinu.

Bestu aðferðir við innkaup BESS-kerfa og kerfisbyggingu

Þegar hönnuð er eða innkaupin er gerð á hardver fyrir viðskipta- eða iðnaðar-BESS-verkefni ættu þróunaraðilar að einbeita sér að þremur mikilvægum verkfræðiaðferðum:

• Veldu dreifðar DC-DC uppbyggingar: Að standa undir strengjastigssamhverfum DC-DC umbreytum veitir betri öryggi, krefur ekki af hringjandi römmum og gerir auðveldara að stækka kerfið í samanburði við einstaka miðlunartopólogíur.
• Staðfesti hátt tíðnibreytilega mjúk-skiptingu: Gangi eftir að rafmagnsveiturnar og umbreytarnir noti DAB eða LLC skammtaðgerðir með möguleika á mjúk-skiptingu til að lágmarka hitabelastun og lengja þjónustutíma vörurnar.
• Veldu opna samskiptastandards: Notið umbreytaraútvarps sem notar opinlega staðlaða CAN eða Modbus samskiptastandards til að tryggja samhæfni við ýmsa bikarbatterístýringarkerfi (BMS) og yfirgnæfandi orkustýringarkerfi (EMS).

Í lokin eru tveggja áttar DC-DC umbreytari grundvallartæknibreyting sem kemur í veg fyrir áhrif á ábyrgð, öryggi og viðkvæmni nútíma BESS. Með því að fjarlægja tímabundin vikun á rafmagnsþáttunum og gera kleift virkt stjórnun á strengjumýldu er þessi rafmagnstæknivörur ótvíræða grunnur fyrir næstu kynslóð af orkugeymslum á netstig.