Quins són els tipus de classificació dels transformadors elèctrics i les seves aplicacions en sistemes d'emmagatzematge d'energia?

Els transformadors d'energia són l'equipament primari central en els sistemes d'energia que realitzen la transmissió d'energia elèctrica i la conversió de tensió. A través del principi d'inducció electromagnètica, converteixen l'energia elèctrica alterna (AC) d'un nivell de tensió a un altre o diversos nivells de tensió. En el procés de transmissió i distribució, juguen un paper crític en la "transmissió de pujada i distribució de baixada", mentre que en els sistemes d'emmagatzematge d'energia, realitzen funcions de pujada i baixada de tensió, assegurant una transmissió eficient de l'energia i un ús final segur.

1. Classificació dels transformadors d'energia

Els transformadors d'energia són l'equipament primari clau en les subestacions, amb la seva funció principal d'augmentar o disminuir la tensió de l'energia elèctrica en els sistemes d'energia per facilitar la transmissió, distribució i utilització raonable de l'electricitat. Els transformadors d'energia en els sistemes d'abastament i distribució es poden classificar des de diferents perspectives.

Per funció: Dividits en transformadors de pujada i transformadors de baixada. En els sistemes de transmissió i distribució a llarga distància, els transformadors de pujada s'utilitzen per augmentar la tensió relativament baixa generada pels generadors a nivells de tensió més alts. Per a les subestacions terminals que abasteixen directament diversos usuaris, es fan servir els transformadors de baixada.

Per nombre de fases: Classificats com a transformadors monofàsics i trifàsics. Els transformadors trifàsics es fan servir àmpliament en les subestacions dels sistemes d'abastament i distribució, mentre que els transformadors monofàsics es fan servir generalment per a equips monofàsics de petita capacitat dedicats.

Per material del conductor de bobinat: Dividits en transformadors de cobre i transformadors d'alumini. En el passat, la majoria de les subestacions de fàbriques a la Xina utilitzaven transformadors d'alumini, però ara els transformadors de cobre de baixa pèrdua, especialment els de gran capacitat, han guanyat una aplicació més ampla.

Per configuració de bobinat: Existeixen tres tipus: transformadors de dos bobinats, transformadors de tres bobinats i autotransformadors. Els transformadors de dos bobinats s'utilitzen en llocs on es requereix la transformació d'una tensió; els transformadors de tres bobinats s'utilitzen quan es necessiten dues transformacions de tensió, amb un bobinat primari i dos bobinats secundaris. Els autotransformadors es fan servir principalment en laboratoris per a la regulació de tensió.

Per mètode de refrigeració i aïllament del bobinat: Classificats com a transformadors immersos en oli i transformadors secs. Els transformadors immersos en oli oferixen millor aïllament i rendiment de dissipació de calor, cost més baix i manteniment més fàcil, fent-los molt adoptats. No obstant això, degut a la inflammabilitat de l'oli, no són adequats per a entorns inflamables, explosius o amb alt requeriment de seguretat. Els transformadors secs presenten una estructura simple, petit volum, pes lleuger, i són ignífugs, polvorera i humitresistents. Són més caros que els transformadors immersos en oli de la mateixa capacitat i es fan servir àmpliament en llocs amb elevada exigència de seguretat contra incendis, especialment en subestacions dins d'edificis grans, subestacions subterrànies i sistemes d'emmagatzematge d'energia.

2. Models de transformadors d'energia i grups de connexió

Normes de capacitat: Actualment, la Xina adopta la sèrie R10 recomanada per l'IEC per determinar les capacitats dels transformadors d'energia, on la capacitat augmenta en múltiples de R10=¹⁰√10=1,26. Les valoracions comunes inclouen 100kVA, 125kVA, 160kVA, 200kVA, 250kVA, 315kVA, 400kVA, 500kVA, 630kVA, 800kVA, 1000kVA, 1250kVA, 1600kVA, 2000kVA, 2500kVA, i 3150kVA. Els transformadors inferiors a 500kVA es consideren de petita mida, aquells entre 630~6300kVA són de mida mitjana, i els superiors a 8000kVA són de gran mida.

Grups de connexió: El grup de connexió d'un transformador d'energia es refereix al tipus de mètode de connexió utilitzat per als bobinats primari i secundari i la relació de fase corresponent entre les tensions de línia primària i secundària. Els grups de connexió comuns inclouen Yyn0, Dyn11, Yzn11, Yd11, i YNd11. Per als transformadors de distribució de 6~10kV (amb tensió secundària de 220/380V), Yyn0 i Dyn11 són els dos grups de connexió més utilitzats.

• Grup de connexió Yyn0: La relació de fase entre les tensions de línia primària i secundària corresponents és similar a la posició de les agulles de l'hora i minuts a zero hores (12 hores). El bobinat primari utilitza una connexió en estrella, mentre que el bobinat secundari utilitza una connexió en estrella amb una línia neutral. Les corrents harmòniques de 3n-èsim ordre possibles en el circuit s'injectaran en la xarxa d'alta tensió comuna. A més, la corrent de la línia neutral es especifica que no ha de superar el 25% de la corrent de la línia de fase. Per tant, aquest mètode de connexió no és adequat per a aplicacions amb càrregues extremadament desequilibrades o harmòniques de 3n-èsim ordre prominents. No obstant això, el grup de connexió Yyn0 requereix una forta insulació inferior per al bobinat primari (en comparació amb Dyn11), resultant en un cost de fabricació lleugerament inferior. En els sistemes TN i TT, es poden seleccionar els transformadors del grup de connexió Yyn0 quan la corrent de la línia neutral causada per la corrent desequilibrada monofàsica no superi el 25% de la corrent nominal del bobinat secundari, i la corrent en qualsevol fase no superi la corrent nominal a ple càrrega.

• Grup de connexió Dyn11: La relació de fase entre les tensions de línia primària i secundària corresponents és similar a la posició de les agulles de l'hora i minuts a onze hores. En els grups de connexió Dyn11, es formen corrents circulants en el bobinat primari, prevenint la seva injecció en la xarxa pública i proporcionant supressió d'harmòniques d'ordre superior. El bobinat secundari utilitza una connexió en estrella amb una línia neutral, i segons les especificacions, la corrent de la línia neutral es permet arribar fins al 75% de la corrent de fase. Per tant, la seva capacitat per gestionar corrents desequilibrades monofàsiques és molt més gran que la dels transformadors del grup de connexió Yyn0. Per als sistemes moderns d'abastament d'energia amb càrregues monofàsiques en ràpid augment, especialment en els sistemes TN i TT, s'han promogut i aplicat àmpliament els transformadors connectats Dyn11.

3. Aplicació dels transformadors en els sistemes d'emmagatzematge d'energia

El paper central dels transformadors en els sistemes d'emmagatzematge d'energia és la transformació de tensió i l'adaptació de la transmissió d'energia, assegurant la correspondència del nivell de tensió entre les bateries d'emmagatzematge d'energia, els convertidors/inversors i la xarxa elèctrica/càrrega, permetent així una càrrega i descàrrega eficient i segura d'energia.

• Connexió a la xarxa: Treballant amb els Sistemes de Conversió d'Energia (PCS), els transformadors elevan la tensió AC de sortida dels PCS al nivell de xarxa (com ara 10kV/35kV) per a la connexió a la xarxa, o baixen la tensió de la xarxa a nivells compatibles amb el PCS durant la descàrrega. També proporcionen aïllament DC per evitar que es injectin components DC a la xarxa.

• Distribució interna d'energia: En les estacions d'emmagatzematge d'energia a gran escala, els transformadors serveixen com a transformadors de la estació, abaixant la tensió de la xarxa de alta tensió a baixa tensió (com ara 0,4kV) per proporcionar energia estable per a grups de bateries d'emmagatzematge d'energia, sistemes auxiliars de PCS, equips de monitorització i altres components.

• Aplicacions a l'usuari/microxarxes: Per a l'emmagatzematge d'energia a l'usuari, els transformadors poden convertir la tensió de sortida dels sistemes d'emmagatzematge d'energia a nivells compatibles amb la càrrega de l'usuari, subministrant directament energia a la càrrega. A les microxarxes, també poden regular flexiblement la tensió per adaptar-se a les interaccions d'energia entre diferents tipus de fonts de potència distribuïda i càrregues.