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BESS pour les gros moteurs : comment éviter les chutes de tension et les déclenchements du générateur

Le démarrage d'une pompe ou d'un compresseur peut interrompre la production alors qu'une batterie pleine est reliée à un convertisseur sous-dimensionné. Utilisez la gamme MegSolid MEGA PCS pour couvrir les kW et kVA résiduels que votre source ne peut pas prendre en charge ; n'envisagez le modèle ESSA0100B-0215 (100 kW) que si l'événement dans son ensemble correspond à ses limites. Communiquez-nous les données d'enregistrement de démarrage et la puissance nominale de la source afin que la proposition réponde à l'interruption que vous souhaitez éviter.

Dans les usines, les mines, les stations de pompage et les entrepôts frigorifiques, cette brève surtension peut entraîner une chute de tension, une surcharge du générateur, le déclenchement d'un contacteur ou un arrêt complet de la chaîne de production.

MegSolid évalue ces projets en distinguant trois critères :

Un moteur de 100 kW ne nécessite pas forcément un Système de stockage d'énergie par batterie (BESS) de 100 kW.

La puissance indiquée sur la plaque signalétique du moteur correspond au fonctionnement normal. Elle ne reflète pas la demande totale de courant de démarrage, le temps d'accélération ni les besoins en puissance réactive.

Le PCS doit donc être choisi avant que la capacité de la batterie ne soit définitivement fixée.

Vous avez besoin d'une évaluation préliminaire du système BESS pour le démarrage des moteurs ?

Veuillez fournir les informations suivantes concernant le projet :

Informations requisesExemple
Puissance nominale et tension du moteur250 kW, 400 V
Méthode de démarrageConnexion directe au réseau, variateur de fréquence ou démarreur progressif
Courant de démarrageCourant de rotor bloqué ou multiple de courant
Temps d'accélérationNombre de secondes entre le démarrage et la vitesse nominale
Source électriqueRéseau électrique, transformateur ou groupe électrogène diesel
Chute de tension existanteTension minimale mesurée sur le bus
Architecture du siteSchéma unifilaire
Exigences en matière de sauvegardeDurée de fonctionnement requise après une coupure de courant

La réponse directe : un système BESS peut-il alimenter un gros moteur ?

Oui, mais uniquement lorsque le PCS et la batterie sont conçus pour cette opération de démarrage spécifique.

Le BESS n'a pas toujours besoin de couvrir la totalité de la demande des moteurs. Il fournit généralement la différence entre les besoins des moteurs et la puissance que la source existante peut fournir en toute sécurité.

Par exemple, un groupe électrogène diesel peut alimenter le moteur en fonctionnement normal, mais peut tomber en panne lors d'une accélération.

Le système BESS peut fournir temporairement la puissance active et réactive restante. Cela permet de réduire la charge transitoire sur le générateur et de stabiliser le réseau de l'installation.

Cependant, le système BESS ne constitue pas la solution idéale pour tous les projets.

L'installation d'un variateur de fréquence, d'un démarreur progressif, la modernisation du transformateur ou la modification de la séquence de démarrage du moteur pourraient résoudre le problème à moindre coût.

L'étude technique doit permettre d'identifier la cause première avant de choisir l'équipement.

Pourquoi les gros moteurs provoquent-ils des chutes de tension ?

Un moteur à induction peut absorber plusieurs fois son courant nominal au démarrage.

Ce courant élevé circule à travers :

Chaque composant ajoute une impédance électrique.

Il en résulte une chute de tension temporaire au niveau du moteur et sur l'ensemble du réseau électrique de l'installation.

Une chute de tension modérée peut simplement ralentir l'accélération. Une chute plus importante peut entraîner :

L'ampleur de l'affaissement ne dépend pas uniquement de la puissance du moteur en kW.

Les ingénieurs doivent également vérifier :

C'est pourquoi les projets de démarrage de moteurs nécessitent une analyse électrique dynamique plutôt qu'un simple calcul de la capacité de la batterie.

Quand un EPC doit-il évaluer un système de stockage d'énergie par batterie (BESS) ?

Il convient d'envisager le recours au système BESS lorsque la source électrique existante permet un fonctionnement normal, mais ne peut pas couvrir en toute sécurité le pic de consommation lors du démarrage.

Les conditions courantes des projets sont notamment les suivantes :

Ces projets sont axés sur l'énergie.

Cette exigence stricte ne dure que quelques secondes, et non pas des heures. Le système de stockage d'énergie par batterie (BESS) doit fournir rapidement une puissance élevée, même si l'énergie totale consommée peut être faible.

La technologie BESS gagne en attractivité commerciale lorsqu'elle offre également les performances suivantes :

Si le démarrage du moteur est la seule exigence, un variateur de fréquence (VFD) ou un démarreur progressif peut offrir un meilleur coût sur le cycle de vie.

BESS vs. variateur de fréquence (VFD), démarreur progressif et modernisation du réseau électrique

La solution appropriée dépend du moteur, du processus et de l'infrastructure électrique existante.

Option ingénierieApplication « Best-Fit »Principale limite
Démarreur à démarrage directPetit moteur monté sur un châssis robusteCourant de démarrage maximal
Démarreur étoile-triangleUn couple de démarrage réduit est acceptableIl se peut que le courant ne soit pas suffisamment réduit
Démarreur progressifMoteur à vitesse fixe nécessitant une rampe de contrôleNe fournit pas d'alimentation de secours
VFDAccélération contrôlée et fonctionnement à vitesse variableNécessite une analyse des harmoniques et du circuit de dérivation
Banc de condensateursPrincipalement un déficit en puissance réactiveImpossible de combler un déficit important de puissance active
Modernisation du transformateurCroissance permanente de la charge du siteCoûts des travaux de rénovation des installations de génie civil et électriques
Générateur plus puissantBesoins permanents en électricité hors réseauConsommation de carburant plus élevée à faible charge
BESSDéficit de puissance de courte durée et exigence de résilienceLa capacité de résistance aux transitoires du PCS doit être vérifiée
BESS et variateur de fréquenceRéseau électrique fragile et charge critique des processusUne coordination plus complexe des systèmes

Un système BESS ne doit pas être présenté comme la solution universelle.

Un fournisseur professionnel doit tout d'abord déterminer si le projet nécessite :

Définir la taille du PCS avant celle de la batterie

L'erreur la plus courante en matière d'approvisionnement consiste à choisir la capacité en kWh de la batterie avant d'avoir calculé la puissance du PCS.

Ces paramètres remplissent différentes fonctions.

Énergie de la batterie en kWh détermine pendant combien de temps le système peut continuer à fournir de l'électricité.

Puissance active du PCS en kW détermine la puissance réelle que le système est capable de fournir.

Puissance apparente du PCS en kVA limite la puissance active et réactive combinée en sortie.

Puissance réactive en kvar Cela a une incidence sur l'accélération du moteur et la tension d'alimentation du bus.

La puissance apparente au démarrage peut être estimée à l'aide de la formule suivante :

Sstart = √3 × V × Istart ÷ 1 000

La puissance active de démarrage est :

Pstart = Sstart × facteur de puissance de démarrage

La puissance réactive nécessaire est la suivante :

Qstart = √(Sstart² − Pstart²)

Ces calculs fournissent une estimation préliminaire.

Le modèle final doit également tenir compte de la contribution du réseau, du transformateur ou du générateur.

Exemple : un événement de démarrage d'un moteur à dominance de puissance

Supposons qu'un moteur industriel nécessite une puissance de 700 kVA au démarrage.

Le générateur actuel peut fournir en toute sécurité 300 kVA sans dépasser sa limite transitoire.

Une valeur résiduelle de 400 kVA ne constitue un critère de sélection préliminaire que si le moteur et la contribution du générateur de sécurité reposent sur des hypothèses compatibles en matière de facteur de puissance et de transitoires. Modélisez conjointement la puissance active et réactive restante, le courant, la récupération de tension et l’accélération ; la simple soustraction des puissances nominales de deux kVA ne suffit pas à elle seule à sélectionner le PCS. Utilisez les formes d’onde enregistrées du moteur et de la source ou une étude dynamique approuvée pour déterminer les besoins réels en matière de soutien.

ParamètreValeur indicative
Demande au démarrage du moteur700 kVA
Contribution du générateur de sécurité300 kVA
Besoins résiduels en matière de systèmes de stockage d'énergie par batterie (BESS)400 kVA
Temps d'accélération6 secondes

Si le BESS fournit 400 kW pendant six secondes, l'énergie théorique consommée est de :

400 kW × 6 ÷ 3 600 = 0,67 kWh

Les besoins en énergie sont très faibles.

Ce n'est pas le cas de l'exigence relative au PCS.

Une batterie de 215 kWh raccordée à un PCS de 100 kW ne peut pas fournir 400 kW, simplement parce que la batterie ne contient pas suffisamment d'énergie stockée.

Le projet doit vérifier :

Le BMS peut réduire la puissance de décharge disponible lorsque le niveau de charge (SOC), la température ou la tension continue s'approchent d'une limite de fonctionnement.

La capacité nominale de la batterie ne prouve donc pas que l'ensemble du système soit capable d'alimenter le moteur.

Quelles sont les informations nécessaires pour déterminer la taille d'un PCS ?

Un EPC ne doit pas demander un devis en se basant uniquement sur la puissance indiquée sur la plaque signalétique du moteur.

Le fournisseur a besoin de données suffisantes pour modéliser l'événement électrique dans son intégralité.

Données obligatoiresObjectif technique
Puissance nominale du moteurDéfinit la demande en conditions normales d'exploitation
Tension et fréquence nominalesDéfinit l'interface électrique
Courant à pleine chargeDéfinit les principes de base du fonctionnement
Courant à rotor bloquéEstimation de la demande de courant de démarrage
Facteur de puissance au démarrageDistingue les besoins actifs des besoins réactifs
Méthode de démarrageModifie les caractéristiques de courant et de couple
Temps d'accélérationDéfinit la durée du phénomène transitoire
Courbe de couple de chargeIdentifie le risque de calage
Démarrages par heureInfluence la charge thermique et la récupération de l'état de charge (SOC)
Charge simultanée de l'installationDéfinit la capacité restante de la source
Puissance assignée du transformateurDéfinit la capacité en amont
Impédance du transformateurDétermine la chute de tension prévue
Puissance nominale du générateurAssure une alimentation électrique continue
Courbe de réponse en charge d'un générateurDéfinit la contribution transitoire
Tension minimale admissibleDéfinit la tension cible du bus
Schéma unifilaireIdentifie les points de raccordement et de protection
Autonomie de secoursDétermine les besoins en énergie de la batterie

Les formes d'onde de tension et de courant mesurées sont particulièrement utiles.

Lorsque les mesures sur site ne sont pas disponibles, l'EPC doit fournir les données relatives aux moteurs, aux générateurs, aux transformateurs et aux câbles afin de permettre une modélisation préliminaire.

Parcours préliminaire de sélection des produits MegSolid

Le tableau ci-dessous présente les orientations préliminaires en matière d'achats.

Cela ne garantit pas qu'un modèle donné puisse démarrer un moteur donné.

Besoin résiduel calculéOrientation produit préliminaire
Prise en charge d'une puissance active pouvant atteindre 100 kWÉvaluer le modèle ESSA0100B-0215 et vérifier la puissance (en kVA), le courant et la capacité de réponse aux transitoires du PCS
Prise en charge d'environ 125 kVAÉvaluer le système à refroidissement par liquide de 261,24 kWh / 125 kVA
Prise en charge de 150 à 500 kWÉvaluez un système de batteries sur mesure équipé d'un MEGA PCS de 150 kW, 250 kW ou 500 kW
Plusieurs moteurs ou une puissance supérieure à 500 kWÉvaluation d'un système combiné de stockage d'énergie par batterie (BESS) en conteneurs et d'un système de commande séquentielle du démarrage des moteurs
Support moteur et système de secoursDéterminer le nombre d'unités (PCS) en fonction de la demande au démarrage et la capacité de la batterie en fonction de la durée de l'alimentation de secours

Armoire C&I extérieure ESSA0100B-0215

L'ESSA0100B-0215 est une armoire de stockage d'énergie intelligente C&I pour l'extérieur, refroidie par air.

ParamètreValeur vérifiée
Puissance nominale en courant alternatif100 kW
Énergie nominale de la batterie215,04 kWh
Configuration de la batterie1P240S
Tension nominale de la batterie768 V
Plage de tension de la batterie672–850 V
RefroidissementRefroidissement par air intelligent
AnnexeIP54
Température de fonctionnement0–45 °C
Poids net3 900 kg

Ce système peut être évalué pour des écarts de puissance résiduels plus faibles.

Il ne faut pas le choisir uniquement parce que la puissance nominale du moteur est inférieure ou égale à 100 kW.

Il reste à vérifier le courant du PCS, la puissance en kVA, la courbe de surcharge et la plage de puissance réactive.

Consultez le Système de stockage d'énergie C&I d'extérieur, 100 kW, 215 kWh pour obtenir des informations spécifiques à chaque modèle.

Système C&I 261,24kWh refroidi par liquide

Le système de 261,24 kWh a une puissance nominale de 125 kVA.

Cette solution peut être envisagée lorsque le projet nécessite une puissance apparente supérieure à celle qu'une armoire standard de 100 kW est en mesure de fournir.

ParamètreValeur vérifiée
Puissance nominale261,24 kWh
Puissance nominale en courant alternatif125 kVA
Chimie et capacité des cellulesLFP, 314 Ah
Configuration de la batterie1P260S
Tension continue nominale832V
Plage de tension continue676–936 V
Facteur de puissance réglablede -1 à +1
RefroidissementRefroidissement par liquide
Température de fonctionnement-20–55°C, avec déclassement au-dessus de 45°C

L'EPC doit encore confirmer la capacité de résistance aux surcharges temporaires et au courant de démarrage du moteur.

Le produit de 261,24 kWh ne doit pas être qualifié d'« hybride à l'état solide » à moins que des preuves spécifiques au modèle ne soient disponibles.

MEGA PCS pour les projets à forte puissance

Les options de MegSolid MEGA PCS comprennent :

ModèlePuissance assignéePuissance apparente maximale
MEGA0100TS100 kW110 kVA
MEGA0150TS150 kW165 kVA
MEGA0250TS250 kW275 kVA
MEGA0500TS500 kW550 kVA

Cette série prend en charge un facteur de puissance réglable allant de 1 en retard à 1 en avance.

Le taux de distorsion harmonique (THD) du courant du réseau est indiqué comme suit : 3%.

Le PCS prend également en charge le fonctionnement automatique, aussi bien en réseau qu'en autonomie.

La capacité de surcharge indiquée est de 110% en régime continu. Toutefois, le fournisseur doit encore confirmer si cette valeur est adaptée au profil réel de démarrage du moteur.

Consultez le Caractéristiques techniques du MegSolid MEGA PCS avant de verrouiller la configuration du système.

L'ordre des commandes est important

Un système BESS d'alimentation des moteurs ne doit pas attendre que la tension du réseau chute pour réagir.

Le démarreur du moteur, l'automate programmable et le système de gestion énergétique (EMS) doivent échanger une commande de démarrage coordonnée.

Une séquence type se présente comme suit :

Cette séquence permet d'éviter tout retard de réponse.

Cela empêche également toute commande de démarrage du moteur lorsque la batterie ne peut pas fournir la puissance nécessaire.

Les systèmes BMS, PCS et EMS doivent échanger en permanence leurs limites de fonctionnement.

Une défaillance de communication doit faire passer le système dans un état de sécurité défini.

Le Guide sur l'architecture de communication entre le BMS et l'EMS explique comment ces contrôles doivent être coordonnés.

Infographie présentant la méthodologie de dimensionnement d'un système BESS pour le démarrage de moteurs industriels et sa topologie électrique, détaillant les calculs de kVA résiduels, la séparation entre puissance active et puissance réactive, ainsi que le choix d'un PCS de 400 kVA.

Le démarrage des moteurs doit être inclus dans le FAT

Un test générique de charge et de décharge de la batterie ne prouve pas que le système de stockage d'énergie par batterie (BESS) soit capable d'alimenter un moteur de grande puissance.

Le FAT doit inclure un essai transitoire spécifique à l'application.

Exigences relatives aux essais de réception en usine

Le FAT avec témoin doit vérifier :

La procédure d'essai doit définir le point de mesure et les critères d'acceptation.

Un fournisseur ne doit pas présenter un essai de décharge en régime permanent réussi comme une preuve des performances de démarrage du moteur.

Utilisez le Guide des essais de réception en usine (FAT) des BESS afin de définir le périmètre des tests en présence de témoins.

Exigences relatives aux tests de réception du site

Le SAT devrait utiliser le moteur et la source d'alimentation électrique réels.

Fiche :

Le test doit être réalisé dans des conditions de charge réelles du site.

Tester le moteur alors que le reste de l'installation est à vide peut masquer le risque réel lié au projet.

Il convient également de prévoir des essais de démarrages répétés lorsque le processus nécessite plusieurs démarrages par heure.

Système de stockage d'énergie par batterie (BESS) en armoire ou en conteneur ?

Une armoire modulaire peut s'avérer adaptée lorsque l'écart de puissance résiduel est limité.

Cette solution peut également convenir à des projets dans lesquels les moteurs sont répartis sur plusieurs centres de charge basse tension.

Un système conteneurisé est généralement plus adapté dans les cas suivants :

Le choix doit se fonder sur l'architecture électrique, et pas uniquement sur l'encombrement de l'installation.

Quels documents un EPC doit-il transmettre à MegSolid ?

Un appel d'offres complet permet à l'équipe d'ingénieurs de proposer une configuration adaptée.

Une demande indiquant uniquement “ moteur de 250 kW ” n'est pas suffisante.

Envoyer :

MegSolid peut alors déterminer si le projet doit évaluer :

Consultez le Solutions MegSolid de stockage d'énergie pour les secteurs commercial et industriel pour offrir davantage de possibilités d'application.

Recommandation finale en matière de passation de marchés

Un système BESS destiné au démarrage des moteurs doit être acheté en tant que système coordonné de gestion de la qualité de l'énergie.

Il ne faut pas le choisir en se basant uniquement sur un tableau indiquant la capacité des batteries.

La procédure d'achat à suivre est la suivante :

Un projet qui n'indique que la puissance du moteur en kW donnera lieu à une estimation peu fiable.

Envoyez à MegSolid la courbe de démarrage du moteur, les limites de l'alimentation existante, la charge de production simultanée, le schéma unifilaire ainsi que la tension de bus autorisée et la fenêtre d'interruption. Demandez au soumissionnaire de vous communiquer l’enveloppe sélectionnée en kW / kVA / courant pour le PCS, la réserve de batterie et le cycle de recharge, la séquence démarreur/PLC/EMS, les limites de réception mesurées ainsi que la répartition entre installation et maintenance. Cela fournit à l’usine une configuration et un plan de test permettant une évaluation technique et commerciale, plutôt qu’une batterie plus puissante qui ne permettrait toujours pas de démarrer le processus.

FAQ

Un système BESS peut alimenter un grand moteur à induction lorsque le PCS dispose d'une puissance suffisante en kW et en kVA, ainsi que d'une capacité suffisante en puissance réactive et en courant transitoire. Il convient d'abord d'évaluer la courbe de démarrage du moteur et la source d'alimentation électrique.

Pas automatiquement. Un moteur de 100 kW peut nécessiter plusieurs fois son courant nominal lors de l'accélération. Le PCS doit être choisi en fonction de la demande de démarrage résiduelle, et non pas uniquement en fonction des caractéristiques indiquées sur la plaque signalétique du moteur.

Le démarrage d'un moteur ne dure généralement que quelques secondes. La consommation d'énergie est certes faible, mais la puissance et le courant requis par le PCS peuvent être élevés.

Le kW correspond à la puissance active. Le kVA correspond à la puissance active et réactive combinée gérée par le convertisseur. Ces deux grandeurs peuvent jouer un rôle important lors de l'accélération d'un moteur.

Oui. Le démarreur progressif réduit le courant de démarrage, tandis que le BESS comble le déficit de puissance restant. Leurs vitesses de montée en puissance et leurs signaux de commande doivent être coordonnés.

Oui. Un système BESS peut stabiliser la source d'alimentation électrique du variateur de fréquence. Il convient toutefois de vérifier les harmoniques, la régénération, le fonctionnement en dérivation et les paramètres de protection.

Cela permet de réduire la charge transitoire sur le générateur. Le résultat final dépend de la réponse de l'AVR du générateur, de la réponse du régulateur de vitesse, de la capacité de court-circuit et de la charge restante sur le site.

La réserve dépend de la puissance de démarrage, de la durée de l'événement, du nombre de démarrages répétés et de la durée de secours requise. Le système EMS doit bloquer la commande de démarrage si la réserve requise n'est pas disponible.

La chute de tension admissible dépend du moteur, du démarreur, des automates programmables, des contacteurs et d'autres charges sensibles. L'ingénieur chargé du projet doit définir la tension minimale acceptable au niveau du bus.

Veuillez fournir la fiche technique du moteur, le mode de démarrage, le courant de démarrage, le temps d'accélération, la puissance nominale de l'alimentation, l'impédance du transformateur, le schéma unifilaire et les exigences en matière de secours.

Le meilleur système est celui dont le PCS est dimensionné en fonction de la puissance résiduelle de démarrage du moteur (en kW et kVA) et des besoins en puissance réactive. La capacité de la batterie est ensuite choisie en fonction du nombre de démarrages répétés et de la durée de l'alimentation de secours.

Le PCS injecte de la puissance active et réactive pendant l'accélération du moteur. Cela permet de réduire la charge temporaire imposée au transformateur, à la ligne d'alimentation ou au groupe électrogène diesel.

L'EPC doit fournir la courbe du moteur, la méthode de démarrage, la puissance nominale de la source, l'impédance du transformateur, le schéma unifilaire, la chute de tension mesurée et la séquence de fonctionnement requise.

MegSolid (Hong Kong) Limited se consacre à la R&D, à la conception et à la fourniture de systèmes de stockage d’énergie haute performance. Forts de dix ans d’expérience technique, nous proposons à nos clients du monde entier des systèmes ESS sur mesure en armoires extérieures, des onduleurs résidentiels et des solutions d’alimentation portables.
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