Поскольку емкость систем постоянно растет, а приложения требуют большей выходной мощности в условиях ограниченного пространства, системы хранения энергии на основе аккумуляторных батарей все чаще переходят к архитектурам с более высоким напряжением.

От коммерческих и промышленных систем хранения энергии до крупномасштабных установок BESS, высоковольтные системы постоянного тока становятся важным направлением в проектировании электрических систем.

Однако повышение напряжения постоянного тока вносит новые инженерные аспекты. Характеристики изоляции, коммутационные возможности, управление неисправностями и координация компонентов — все это необходимо оценивать в рамках общей архитектуры системы.

Для разработчиков систем накопления энергии задача состоит не только в достижении более высокой удельной мощности, но и в обеспечении надежной работы в различных электрических условиях.

Почему всё чаще используются архитектуры постоянного тока с более высоким напряжением?

Архитектуры батарей с более высоким напряжением привлекают все больше внимания, поскольку при правильном проектировании они могут повысить эффективность системы.

При тех же требованиях к мощности повышение напряжения в системе позволяет снизить уровень тока. Это может помочь уменьшить потери в проводниках, упростить проектирование системы распределения электроэнергии и улучшить общую интеграцию системы.

Эта тенденция стимулирует развитие следующих направлений:

• Стеллажи для высоковольтных батарей
• Более крупные платформы для хранения энергии
• Более интегрированные системы распределения постоянного тока
• Более мощные интерфейсы PCS

Однако более высокое напряжение также повышает требования к электрической изоляции, характеристикам переключения и конструкции защиты.

Вопросы проектирования электрических цепей в высоковольтных системах постоянного тока.

Для работы с высоковольтными системами постоянного тока требуется тщательная оценка ряда электрических факторов.

В отличие от систем переменного тока, в цепях постоянного тока естественным образом не происходит перехода тока через ноль, что делает прерывание неисправностей и переключение более сложными задачами.

Ключевые аспекты проектирования включают в себя:

Изоляция и электропроводка

Более высокие уровни постоянного напряжения предъявляют более высокие требования к согласованию изоляции.

Инженерам необходимо учитывать следующее:

• Расстояние утечки
• Расстояние зазора
• Изоляционные материалы
• Условия эксплуатации окружающей среды

Эти факторы влияют на долговременную надежность системы, особенно в условиях воздействия перепадов температуры, влажности или загрязнений.

Характеристики коммутации и изоляции постоянного тока

Для коммутации высоковольтных цепей постоянного тока необходимы компоненты, способные выдерживать электрические нагрузки во время подключения и отключения.

К числу важных моментов относятся:

• Возможность гашения дуги постоянного тока
• Характеристики контактного износа
• Разрывная способность
• Частота переключения
• Долговременная механическая надежность

По этой причине компоненты для коммутации постоянного тока должны выбираться исходя из фактических требований системы, а не только на основе номинальных значений напряжения и тока.

Управление тепловым режимом и током

Хотя более высокое напряжение может снизить ток при той же выходной мощности, современные платформы BESS по-прежнему работают на значительных уровнях мощности.

Разработчикам электрооборудования необходимо учитывать следующее:

• Текущее распределение
• проектирование шин
• Сопротивление соединения
• Повышение температуры компонента

Эффективная тепловая и электрическая конструкция способствует поддержанию стабильной работы системы на протяжении всего её жизненного цикла.

Как устроена высоковольтная архитектура постоянного тока в системах накопления энергии (BESS)

Современная архитектура системы хранения постоянного тока (BESS DC) обычно включает в себя несколько электрических секций, каждая из которых имеет различные требования к проектированию.

Аккумуляторный блок

Аккумуляторная батарея является источником энергии системы и должна безопасно управлять накопленной энергией как в нормальных, так и в нештатных условиях.

По мере внедрения более крупных аккумуляторных элементов разработчикам необходимо учитывать следующее:

• Текущее распределение
• Внутреннее поведение при сбоях
• Требования к электрической изоляции