Welche Klassifizierungstypen von Starkstromtransformatoren gibt es und wie werden sie in Energiespeichersystemen eingesetzt

Stromtransformator sind zentrale primäre Geräte in Stromsystemen, die die Übertragung von elektrischer Energie und die Spannungsumwandlung realisieren. Durch das Prinzip der elektromagnetischen Induktion wandeln sie Wechselstrom mit einer Spannungsstufe in eine oder mehrere andere Spannungsstufen um. Im Übertragungs- und Verteilungsprozess spielen sie eine entscheidende Rolle bei der "Steigerung der Übertragung und Reduzierung der Verteilung", während in Energiespeichersystemen die Spannungserhöhung und -reduktion durchgeführt wird, um eine effiziente Energieübertragung und sichere Endnutzung zu gewährleisten.

1. Klassifizierung von Stromtransformator

Stromtransformator sind wesentliche primäre Geräte in Umspannwerken, deren Hauptfunktion darin besteht, die Spannung der elektrischen Energie in Stromsystemen zu erhöhen oder zu verringern, um eine rationelle Übertragung, Verteilung und Nutzung der Elektrizität zu ermöglichen. Stromtransformator in Versorgungs- und Verteilersystemen können aus verschiedenen Perspektiven klassifiziert werden.

Nach Funktion: In Hochspannungstransformator und Niederspannungstransformator unterteilt. In Langstreckenübertragungs- und Verteilersystemen werden Hochspannungstransformator verwendet, um die relativ niedrige Spannung, die von Generatoren erzeugt wird, auf höhere Spannungsebenen zu steigern. Für Endumspannwerke, die verschiedene Nutzer direkt versorgen, werden Niederspannungstransformator eingesetzt.

Nach Phasenzahl: Als Einphasen- und Drehstromtransformator klassifiziert. Drehstromtransformator werden in Umspannwerken von Versorgungs- und Verteilersystemen weit verbreitet eingesetzt, während Einphasen-Transformator in der Regel für spezielle kleinere Einphasengeräte verwendet werden.

Nach Wickelmaterial: In Kupferwickel- und Aluminiumwickel-Transformator unterteilt. In der Vergangenheit wurden in den meisten Werks-Umspannwerken in China Aluminiumwickel-Transformator verwendet, aber heutzutage haben niedrigverlustige Kupferwickel-Transformator, insbesondere großkapazitive Kupferwickel-Transformator, eine breitere Anwendung gefunden.

Nach Wickelkonfiguration: Es gibt drei Arten: Zweiwickel-Transformator, Dreiwickel-Transformator und Autotransformator. Zweiwickel-Transformator werden an Orten eingesetzt, an denen eine Spannungsumwandlung erforderlich ist; Dreiwickel-Transformator werden dort eingesetzt, wo zwei Spannungsumwandlungen notwendig sind, mit einem Primärwickel und zwei Sekundärwickeln. Autotransformator werden hauptsächlich in Laboren zur Spannungsregelung verwendet.

Nach Kühlverfahren und Wickeldurchsatz: Als Ölgetränkte Transformator und Trockentransformator klassifiziert. Ölgetränkte Transformator bieten bessere Isolier- und Wärmeabführungsleistung, niedrigere Kosten und einfacheren Wartung, was sie weit verbreitet macht. Aufgrund der Brandgefahr des Öls sind sie jedoch nicht geeignet für leicht entflammbar, explosionsgefährdete oder hohe Sicherheitsanforderungen. Trockentransformator weisen eine einfache Struktur, geringe Größe, geringes Gewicht und sind brand-, staub- und feuchtigkeitsbeständig. Sie sind teurer als ölgetränkte Transformator derselben Kapazität und werden in hochbrandgeschützten Orten, insbesondere in Umspannwerken in großen Gebäuden, unterirdischen Umspannwerken und Energiespeichersystemen, weit verbreitet eingesetzt.

2. Modellnummern und Verbindungskreise von Stromtransformator

Kapazitätsstandards: Derzeit verwendet China die vom IEC empfohlene R10-Serie, um die Kapazitäten von Stromtransformator zu bestimmen, wobei die Kapazität in Vielfachen von R10=¹⁰√10=1,26 zunimmt. Gebräuchliche Leistungen umfassen 100kVA, 125kVA, 160kVA, 200kVA, 250kVA, 315kVA, 400kVA, 500kVA, 630kVA, 800kVA, 1000kVA, 1250kVA, 1600kVA, 2000kVA, 2500kVA und 3150kVA. Transformator unter 500kVA gelten als kleiner, zwischen 630~6300kVA als mittlerer und über 8000kVA als großer Leistung.

Verbindungskreise: Der Verbindungskreis eines Stromtransformators bezieht sich auf die Art der Verbindungsmethode für die Primär- und Sekundärwickel und die entsprechende Phasenbeziehung zwischen den Primär- und Sekundärleitungs-Spannungen. Gebräuchliche Verbindungskreise umfassen Yyn0, Dyn11, Yzn11, Yd11 und YNd11. Für 6~10kV-Verteiltransformator (mit Sekundärspannung von 220/380V) sind Yyn0 und Dyn11 die beiden am häufigsten verwendeten Verbindungskreise.

• Yyn0-Verbindungskreis: Die Phasenbeziehung zwischen Primär- und entsprechenden Sekundärleitungs-Spannungen ähnelt der Position von Stunden- und Minutenzeiger um null Uhr (12 Uhr). Das Primärwickel verwendet eine Sternschaltung, während das Sekundärwickel eine Sternschaltung mit Neutralleitung verwendet. Die möglicherweise im Schaltkreis vorhandenen 3n-ten harmonischen Ströme werden in das gemeinsame Hochspannungsnetz eingespeist. Zudem ist vorgeschrieben, dass der Neutralleiterstrom nicht mehr als 25% des Phasenleiterstroms überschreiten darf. Daher ist diese Verbindungsmethode für Anwendungen mit stark ungleichmäßig verteilter Last oder ausgeprägten 3n-ten Harmonischen ungeeignet. Allerdings erfordert der Yyn0-Verbindungskreis eine geringere Isolationsstärke für das Primärwickel (im Vergleich zu Dyn11), was zu etwas geringeren Herstellkosten führt. In TN- und TT-Systemen können Transformator mit Yyn0-Verbindungskreis ausgewählt werden, wenn der durch einphasige Ungleichstrom verursachte Neutralleiterstrom nicht mehr als 25% des Nennstroms des Sekundärwickels überschreitet und der Strom in jeder Phase nicht den Nennstrom bei voller Belastung überschreitet.

• Dyn11-Verbindungskreis: Die Phasenbeziehung zwischen Primär- und entsprechenden Sekundärleitungs-Spannungen ähnelt der Position von Stunden- und Minutenzeiger um elf Uhr. Bei Dyn11-Verbindungskreisen bilden sich im Primärwickel Kreisströme, die eine Einspeisung in das öffentliche Netz verhindern und die Unterdrückung höherer Harmonischer ermöglichen. Das Sekundärwickel verwendet eine Sternschaltung mit Neutralleitung, und gemäß Vorschriften darf der Neutralleiterstrom bis zu 75% des Phasenstroms erreichen. Daher ist seine Fähigkeit, einphasige Ungleichströme zu bewältigen, viel größer als die von Transformator mit Yyn0-Verbindungskreis. Für moderne Versorgungssysteme mit rasch wachsenden einphasigen Lasten, insbesondere in TN- und TT-Systemen, werden Dyn11-verbundene Transformator aktiv gefördert und weit verbreitet eingesetzt.

3. Anwendung von Transformator in Energiespeichersystemen

Die zentrale Rolle von Transformatoren in Energiespeichersystemen besteht in der Spannungsumwandlung und der Anpassung der Energieübertragung, um eine Übereinstimmung der Spannungsstufen zwischen den Energiespeicherbatterien, Wandler/Inverter und dem Stromnetz/Lasten sicherzustellen, wodurch eine effiziente und sichere Lade- und Entladevorgänge ermöglicht werden.

• Netzanbindung: In Zusammenarbeit mit Power Conversion Systems (PCS) steigern Transformatoren die Wechselspannung des PCS-Ausgangs auf Netzniveau (z.B. 10kV/35kV) für die Netzanbindung oder drosseln die Netzspannung auf PCS-kompatible Niveaus während des Entladens. Sie bieten auch Gleichstromisolation, um das Einspeisen von Gleichstromkomponenten ins Netz zu verhindern.

• Interne Energieverteilung: In großen Energiespeicher-Kraftwerken dienen Transformatoren als Stationswandler, indem sie die hohe Netzspannung auf niedrige Spannung (z.B. 0,4kV) drosseln, um stabile Energie für Energiespeicher-Batterieverbände, PCS-Hilfssysteme, Überwachungseinrichtungen und andere Komponenten bereitzustellen.

• Anwendungen auf der Nutzerseite/Mikrogrids: Für Energiespeicher auf der Nutzerseite können Transformatoren die Ausgangsspannung der Energiespeichersysteme auf Niveaus anpassen, die mit den Lasten des Nutzers kompatibel sind, und direkt Energie an diese liefern. In Mikrogrids können sie auch flexibel die Spannung regeln, um die Energieinteraktionen zwischen verschiedenen Arten dezentraler Energiequellen und Lasten anzupassen.