Un sous-station compacte de stockage d'énergie sert de connexion entre un système de stockage d'énergie par batterie (BESS) et un réseau de distribution à moyenne tension. L'équipement électrique associé à la conversion et à la protection de l'énergie reste compact et conçu sur site. Chacun de ces projets comprend un système de conversion bidirectionnel, un transformateur élévateur, des dispositifs électroniques à moyenne tension et l'équipement auxiliaire pour la surveillance et le contrôle du système. Les différentes approches de construction dans ces constructions incluent l'intégration du PCS pour être situé sur le même skid ou dans une boîte séparée ou pour le localiser près du transformateur.
Réponse rapide : Une sous-station compacte de stockage d'énergie représente une interface entre le BESS et le réseau de distribution à moyenne tension à 11, 20, 22, 33 ou 35 kV. La sous-station compacte avec PCS intégré est un design qui regroupe le convertisseur et tout l'équipement électronique en une seule construction. L'achat des sous-stations compactes dépend de divers facteurs, qui incluent la spécification du PCS, la puissance du transformateur, la capacité à fonctionner en régime bidirectionnel, etc.
Ce guide fournit des informations détaillées concernant la structure électrique du système et la différence entre les conceptions de sous-stations compactes avec systèmes de conversion intégrés et séparés, les spécifications nécessaires aux entrepreneurs EPC, et l'évaluation des fournisseurs des sous-systèmes compacts. Le guide fournit également des informations concernant les constructeurs de transformateurs et les fabricants des assemblages.
Qu'est-ce qu'une sous-station compacte de stockage d'énergie ?
Dans un système BESS couplé en AC, le courant continu est délivré par les batteries, tandis que le PCS le transforme en courant alternatif afin qu'il puisse être injecté dans le réseau. Lors de la charge, l'énergie circule dans la direction inverse. Le transformateur modifie le courant ACS pour celui du réseau de collecte d'énergie. Tout l'autre équipement MV connecte le bloc et opère l'isolement de l'unité. La circulation bidirectionnelle de l'électricité devient quelque chose qui différencie un BESS d'une sous-station ordinaire.
Il faut garder à l'esprit que la terminologie marketing couvre/superpose sous-station compacte, skid MV, station de transformateur PCS et station de conversion d'énergie, mais leur signification est différente. L'acheteur peut se voir proposer soit une unité de transformateur MV et d'appareillage de commutation, soit un skid avec PCS préinstallé ou un bloc BESS complet.
Une ligne électrique standard et des limites de pièces
Racks de batteries (DC) → protection de sécurité et clôture DC → PCS bidirectionnel → sécurité AC basse tension → transformateurs élévateurs → tableau électrique MV et sécurité → lignes de collecte MV → point de connexion au réseau.
Il s'agit d'une configuration connectée en AC synonyme. Le processus de contrôle du système de batterie (BMS), du système énergétique (EMS), du contrôleur de l'usine, des communications, du système d'urgence et de l'équipement auxiliaire ne fait pas partie de la ligne électrique. L'approche pour les systèmes PV connectés en DC peut être différente ; par conséquent, le même schéma ne peut pas être utilisé pour chaque configuration.
Sous-stations compactes avec PCS intégré vs PCS séparé
La mise en œuvre de systèmes PCS peut réduire le besoin de câblage et d'installation d'interface sur le terrain ; cependant, le choix d'une solution intégrée ne doit pas être considéré comme un succès garanti. Les spécificités de la conception de l'agencement dépendent du fournisseur du système PCS, de la régulation thermique, de la fourniture d'un accès nécessaire, des dimensions du site et des restrictions de transport.
| Conception | Agencement typique | Avantages | Compromis |
|---|---|---|---|
| Skid MV ou enceinte avec PCS intégré | PCS, transformateur, commutation MV et interconnexions fournis comme un bloc coordonné ou un ensemble de modules étroitement intégrés | Plus d'assemblage en usine ; moins d'interfaces sur site ; agencement modulaire répétable | Chaleur concentrée, contraintes d'accès et de transport ; tests spécifiques aux composants toujours requis |
| PCS séparé + sous-station transformateur compacte | PCS dans des armoires extérieures indépendantes ou un conteneur ; transformateur et appareillage MV dans la sous-station adjacente | Choix de fournisseur flexible, zones de service claires et remplacement d'équipement plus facile | Plus de câblage AC LV et coordination sur le terrain ; la portée de l'installation sur site peut être plus grande |
| PCS central vs PCS distribué/string | Une ou quelques grandes unités de conversion contre plusieurs petits convertisseurs alimentant un ou plusieurs transformateurs | Peut être optimisé pour la redondance, la capacité et les contrôles de l'usine | Protection, pertes de câble, harmoniques et arrangements de maintenance différents |
Un fournisseur offrant l'enceinte, le transformateur et l'appareillage MV n'offre pas nécessairement le PCS, l'EMS, le BMS ou un BESS certifié complet. Demandez la matrice des limites d'approvisionnement et un schéma unifilaire (SLD) au début de la demande de devis (RFQ).
Les principales parties d'une sous-station de stockage d'énergie basée sur le PCS
Dispositif de conversion d'énergie bidirectionnel (PCS)
Il est essentiel de choisir le bon pour la plage de tension de fonctionnement DC de la batterie et le transformateur basse tension. Il est nécessaire de vérifier les performances continues en MW et MVA et de connaître les exigences pour les modes de fonctionnement de charge/décharge, la livraison de puissance réactive (le cas échéant), les émissions d'harmoniques et la température de fonctionnement requise. Avoir simplement un PCS de 2 MW ne signifie pas qu'il est capable de fournir les exigences nécessaires en puissance réactive.
Transformateur de renforcement BESS
Il est responsable de la charge et de la décharge fréquentes, des changements de profils de charge et de la grande quantité d'harmoniques provenant des convertisseurs. Un MVA approprié doit être sélectionné en fonction de facteurs tels que les caractéristiques du PCS, les pertes, les conditions environnantes, les spécifications de refroidissement et de surcharge. La conception du matériau d'enroulement, de l'impédance, du groupe vectoriel, de la plage de prises, du système de mise à la terre et des pertes à vide/en charge garanties doivent être définies. Des transformateurs immergés dans l'huile et des transformateurs secs peuvent être utilisés ici en fonction des conditions et des réglementations de sécurité du projet.
Équipement de commutation moyenne tension, RMU et relais de protection
Le RMU moyenne tension ou l'équipement de commutation à disjoncteur assure le fonctionnement de la déconnexion et de l'effacement des défauts. Il doit y avoir un courant de défaut suffisant, un courant de tenue à court terme, des devoirs de fermeture/rupture et une configuration de l'alimentation, de plus, les relais de protection et les dispositifs de mesure doivent également être évalués. En général, un interrupteur de charge ou une combinaison de fusibles ne peut pas remplacer un disjoncteur car il existe des exigences de protection spécifiques.
Auxiliaires, refroidissement et interfaces de technologie de l'information
La conception doit être basée sur des transformateurs auxiliaires, des UPS, un système de ventilation ou de climatisation, son installation doit garantir la chaleur évacuée pendant le fonctionnement.
Spécifications de la sous-station compacte de stockage d'énergie : Ce que les acheteurs doivent demander
Pour les projets internationaux, une spécification technique est plus utile qu'une affirmation générique de “11–35 kV” ou “prêt pour PCS”. Les éléments ci-dessous doivent figurer sur le devis et les dessins approuvés.
| Spécification | Ce qu'il faut confirmer | Pourquoi c'est important |
|---|---|---|
| Tension nominale du réseau / tension nominale de l'équipement | Par exemple, un réseau de 11 kV avec un équipement de classe 12 kV approprié, ou 33 kV avec un équipement de classe 36 kV approprié, sous réserve des règles du réseau | Coordination d'isolation et appareil MV correct |
| Tension AC du PCS et MW/MVA nominal | Fiche technique exacte du convertisseur et enveloppe de fonctionnement continue de charge/décharge | Compatibilité des enroulements de transformateur et dimensionnement thermique |
| Classification et type de transformateur | kVA/MVA, rapport, impédance, refroidissement, garanties de perte, groupe vectoriel, prises | Fiabilité, coût de perte et conformité au réseau |
| Devoir de court-circuit MV | Résistance à court terme, résistance de crête, devoirs de coupure et durée | Sécurité des équipements et du personnel |
| Protection et contrôle | Étude de protection, fonctions de relais, protocole SCADA/EMS et interverrouillages | Fonctionnement bidirectionnel sûr |
| Conditions de site / d'enceinte | Plage ambiante, altitude, catégorie de corrosion, ventilation et degré IP requis | Dérating et accès à la maintenance |
| Normes et preuves | Règles IEC / locales applicables, couverture de test de type, rapports de test de routine et portée FAT | Approbations et acceptation contractuelle |
Exemple : dimensionnement du transformateur élévateur pour un PCS de 2,5 MW
Supposer que le PCS doit délivrer une charge de 2,5 MW avec un facteur de puissance de 0,95 à partir de ses bornes AC signifie que la puissance apparente sera d'environ 2,5/0,95 ≈ 2,63 MVA. Ce n'est pas une spécification fixe de transformateur, mais plutôt une première étape dans les calculs – la puissance réactive doit être calculée à différents points de fonctionnement, surcharge et harmoniques du convertisseur, l'influence de la température sur le site et quelques autres détails des calculs d'ingénierie.
Gardez également à l'esprit que MW et MWh sont des chiffres différents. Un BESS de 2,5 MW / 5 MWh a un rapport énergie-puissance nominal de deux heures, tandis que la durée réelle de fourniture d'énergie dépendra des contraintes de fonctionnement de la batterie.
Connexions au réseau 11kV, 22kV et 33/35kV pour BESS
Les sous-stations de stockage compactes pourraient être connectées à des réseaux fonctionnant à des lignes de 11, 20/22, 33 ou 35 kV, en fonction des pratiques et études de l'utilitaire local concernant la taille de l'installation, ainsi que le point d'interconnexion. Le concepteur du projet est responsable de déterminer la nature de la connexion faite au réseau technique et la protection requise. Le fabricant est donc chargé de choisir les classifications appropriées du transformateur et de l'appareillage de commutation.
Pour un certain nombre de blocs BESS, les stations de transformateurs PCS individuelles peuvent alimenter un collecteur de moyenne tension afin de se connecter à la sous-station du réseau haute tension. Dans une installation commerciale plus petite, une seule station de transformateur peut connecter l'installation de batterie locale au réseau de distribution MV.
Normes IEC et exigences de sécurité pour les sous-stations BESS
Différentes normes s'appliquent à différentes parties de l'installation. Évitez d'accepter une déclaration générale selon laquelle une sous-station intégrée complète au PCS est “ certifiée IEC ” sans identifier l'assemblage, l'équipement et les preuves de test réelles.
| Norme | Pertinence primaire |
|---|---|
| IEC 62271-202:2022 | Exigences et tests pour les sous-stations préfabriquées AC applicables au-dessus de 1 kV et jusqu'à 52 kV |
| IEC 62271-200 | Appareillage de commutation et de contrôle métallique de moyenne tension applicable |
| Série IEC 60076 | Conception, classifications et tests de transformateur de puissance ; les parties applicables dépendent de la construction du transformateur |
| IEC 62477-1:2022 | Exigences de sécurité générales pour les systèmes de convertisseurs électroniques de puissance dans son champ de tension défini |
| IEC 62933-5-2:2025 | Exigences de sécurité pour les systèmes de stockage d'énergie électrochimique intégrés au réseau |
| Règles locales d'interconnexion / incendie / utilitaire | Protection spécifique au projet, fonctions de soutien au réseau, sécurité des batteries, mise en service et autorisations |
La norme IEC 62271-202 traite des sous-stations d'assemblage préfabriquées où elle s'applique et n'implique pas de certificat général pour les batteries ou les PCS. La norme IEC 62933-5-2 spécifie la sécurité des systèmes BESS électrochimiques en fonctionnement. Un PCS doit se conformer à ses exigences de sécurité spécifiques. De plus, les lois locales ou les opérateurs de réseau imposent des exigences supplémentaires. Si le fabricant a modifié l'agencement du transformateur, du convertisseur ou de l'appareillage par rapport à la conception précédente qui avait déjà été vérifiée, il est préférable de clarifier comment ce changement influence la validité des résultats des tests.
Où sont utilisées les sous-stations compactes de stockage d'énergie
Systèmes de batteries de niveau utilitaire
Les systèmes de stockage de batteries à l'échelle des services publics utilisent de nombreuses configurations de transformateurs de convertisseur qui sont connectées par l'intermédiaire de la connexion électrique à moyenne tension. Des agencements répétables, un accès au service et des informations fiables sont très importants. La conception compacte doit garantir la sécurité et l'accès à la prévention des incendies.
Usines combinant l'énergie solaire avec le stockage de batteries
Il est important de faire une distinction claire entre l'onduleur PV, l'alimentation des batteries et la connexion réseau partagée. Les systèmes AC utilisent généralement différentes sources d'énergie converties en électricité à moyenne tension, tandis que les systèmes DC doivent être traités différemment. L'exportation d'électricité doit respecter les limitations, tous les processus ou dispositifs doivent fonctionner en même temps.
Économie d'énergie et assurance des installations industrielles
Les installations peuvent compter sur les batteries lors de l'exploitation des charges. Dans ce cas, il est plus important de considérer l'efficacité du transformateur, quelles fonctions de tension il remplit et sa qualité de coordination.
Ce que les grandes marques illustrent sur le PCS et la conception de sous-stations modulaires
Différents fabricants présentent diverses étapes du processus de chaîne d'approvisionnement. Par exemple, Sungrow fournit des systèmes de conditionnement d'énergie bidirectionnels (PCS) ainsi que des systèmes de stockage de batteries à grande échelle qui peuvent servir de points de référence pour des demandes concernant leurs capacités et leurs capacités de soutien au réseau. De même, Hitachi Energy partage des informations sur des sous-stations modulaires prêtes à l'emploi en forme de conteneur, démontrant l'assemblage en usine et les interfaces de connexion au réseau. Ces exemples servent de références et ne prétendent pas que ces deux fabricants partagent la même description de produit ou qu'un appareil Subian particulier est le même que le leur.
Lors de l'évaluation du fournisseur, il est important de comparer l'ensemble de l'équipement fourni : s'il comprend des batteries, des PCS, des transformateurs, des appareillages, des systèmes de combustion, des systèmes de gestion de réseau ou des tests. Après cela, l'empreinte du fournisseur, les garanties de qualité, les délais de livraison et le prix peuvent être comparés.
Comment sélectionner le fournisseur le plus approprié d'une sous-station compacte avec un BESS-PCS intégré ?
Un client EPC doit demander à tous les soumissionnaires de soumettre des entrées de projet similaires. Au minimum, vous devrez soumettre un schéma unifilaire, le BESS MW/MWh, la marque/modèle du PCS, les spécifications pour la tension continue, la tension nominale, la tension et la fréquence du réseau, les caractéristiques de défaut, le point de connexion au réseau et ses exigences, ainsi que les conditions ambiantes du lieu de livraison.
Confirmez à quel endroit vous recevrez l'équipement et vérifiez qui sera le fournisseur de l'équipement du PCS et du transformateur, du disjoncteur RMU/MV, de la protection par relais, du panneau de contrôle et des fils de connexion.
Assurez-vous que le PCS et le transformateur seront compatibles entre eux ; identifiez donc la plage de tension et de puissance apparente maximale (MVA) du PCS et du transformateur. Vérifiez également les convertisseurs, la mise à la terre et les courants de fuite. Vérifiez également quelles exigences le fabricant aura pour l'interface entre le convertisseur et l'appareil.
Examinez les principes de sécurité documentés tels que les rapports de conception d'assemblage détaillés et les rapports sur les résultats des tests d'équipement.
Effectuez l'enquête sur l'intégration physique du système ; analysez donc le poids de l'équipement, ses dimensions et comment les câbles seront alimentés.
Subian Electric : Support pour transformateur et sous-station MV pour les projets BESS.
Subian Electric manufactures transformers, medium-voltage switchgear and prefabricated substation products. Its Sous-station préfabriquée série YB integrates a transformer with HV/MV switching and LV distribution; its YBM 35 kV photovoltaic step-up substation offers relevant renewable-energy step-up experience. These product families provide a basis for reviewing transformer and MV substation packages for a storage project.
Important supply clarification: Subian’s public product information does not by itself establish that a complete PCS-integrated BESS substation—including a particular PCS, battery system and all system-level certificates—is a standard, tested Subian product. Any PCS-inclusive offer, integration responsibility, compatibility and project-specific certification must be confirmed in the quotation and approved drawings. Subian is an independent manufacturer and is not affiliated with or endorsed by the brands referenced in this guide.
For an engineering review, provide your battery/PCS technical datasheets, single-line diagram, grid voltage, transformer rating, protection requirements, installation conditions and project location. Contactez Subian Electric to discuss a project-specific transformer, switchgear or compact substation quotation, and any separately confirmed PCS integration scope.
Questions Fréquemment Posées
What is an energy storage compact substation?
The BESS Grid Interface Station is a compact electric grid connection facility featuring a step-up transformer, high voltage switchgear gear and equipment for complete protection and other auxiliary functions. The power conditioning system can be a part of an integrated skid or installed in proximity to the BESS Grid Interface Station.
What does PCS mean in an energy storage substation?
PCS means power conversion system: the bidirectional converter that changes DC battery power into AC for export and converts AC to DC when charging. PCS operation is coordinated with the battery controls and plant controller.
Is a PCS-integrated compact substation the same as a battery container?
No. A battery container houses battery modules and associated safety and thermal systems. A PCS-integrated MV station focuses on conversion and grid-interface equipment; some projects use adjacent, interconnected modules rather than one enclosure.
Can a BESS compact substation connect to an 11 kV or 33 kV grid?
Yes, when engineered for the project’s nominal voltage, insulation level, grid fault current and interconnection rules. Transformer and MV switchgear ratings must match the actual network.
How do you size a BESS step-up transformer?
Begin with the PCS apparent-power operation envelope to undertake the assessment of the power factor/reactive requirements and such things as converter overload, harmonics, losses, ambient conditions, cooling, and site-specific safety margin. Just the battery MWh value is insufficient.
What is the difference between an MV skid and a compact substation?
An MV skid means a portable platform that bears transformation and/or MV apparatus. A compact substation usually means a contained transformer and switchgear unit. Suppliers in the marketplace have varied uses of the terms so it is wise to check the bill of materials and coverage.
Which IEC standards apply to a PCS-integrated energy storage substation?
The standards that can be applicable depending on the configuration and market. For example, IEC 62271-202 can be used with the assembly of prefabricated substations; IEC 60076 can be applicable to the transformers; IEC 62477-1 may be used with the relevant converters which are covered under this scope; and IEC 62933-5-2 could be applied to safety aspects of the BESS system integrated with the grid. Also, there might be additional requirements arising from local rules for the grid and the fire regulations.
Does PCS integration automatically reduce total project cost?
No. Factory assembly can reduce field cabling and commissioning interfaces, but enclosure cooling, transport, serviceability and vendor coordination may change the total cost. Compare complete project scope and operating cost.
Can I buy an energy storage PCS-integrated compact substation from China?
Yes, there are suppliers from China which can deliver MV solution through PCS. Always ask manufacturer to provide project-specific BOF, refer to the names of PCS supplier, providing drawings, compatibility studies and tests. Make sure that the quoted unit has all the required safety and grid approval certification.
Références
- IEC 62271-202:2022 — AC Prefabricated Substations
- IEC 60076-1:2011 — Power Transformers, General
- IEC 62477-1:2022 — Safety Requirements for Power Electronic Converter Systems
- IEC 62933-5-2:2025 — Grid-Integrated Electrochemical Energy Storage Safety
- Sungrow — Utility-Scale MV Power Conversion System
- Hitachi Energy — Containerized and Prefabricated Substations
Conclusion: Specify the BESS Electrical Interface Before Choosing the Enclosure
The best sous-station compacte de stockage d'énergie is not necessarily the smallest package or the one described with the most integration buzzwords. It is the one whose PCS voltage, transformer capacity, MV protection, heat management and safety documentation match the exact BESS duty. Define the interface, decide whether a PCS-integrated skid or separate-PCS layout is more practical, and evaluate every supplier using the same evidence-based RFQ. Share your technical requirements with Subian Electric for an assessment of the transformer and MV substation scope.