چه دسته‌بندی‌هایی برای ترانسفورماتورهای برق وجود دارد و کاربردهای آنها در سیستم‌های ذخیره انرژی چیست؟

ترانسفورماتورهای برق تجهیزات اصلی هستند در سیستم‌های برق که انتقال و تبدیل ولتاژ انرژی الکتریکی را محقق می‌کنند. از طریق اصل القای الکترومغناطیسی، آنها انرژی جریان متناوب با یک سطح ولتاژ را به یک یا چند سطح ولتاژ دیگر تبدیل می‌کنند. در فرآیند انتقال و توزیع، نقش مهمی در "افزایش ولتاژ برای انتقال و کاهش ولتاژ برای توزیع" دارند، در حالی که در سیستم‌های ذخیره‌سازی انرژی، عملکرد افزایش و کاهش ولتاژ را انجام می‌دهند و انتقال موثر انرژی و استفاده ایمن از آن را تضمین می‌کنند.

۱. رده‌بندی ترانسفورماتورهای برق

ترانسفورماتورهای برق تجهیزات اصلی در زیرстанسیون‌ها هستند که وظیفه اصلی آنها افزایش یا کاهش ولتاژ انرژی الکتریکی در سیستم‌های برق برای تسهیل انتقال، توزیع و استفاده منطقی از برق است. ترانسفورماتورهای برق در سیستم‌های تأمین و توزیع می‌توانند از دیدگاه‌های مختلف طبقه‌بندی شوند.

بر اساس عملکرد: به ترانسفورماتورهای افزایش ولتاژ و ترانسفورماتورهای کاهش ولتاژ تقسیم می‌شوند. در سیستم‌های انتقال و توزیع در مسافت‌های طولانی، از ترانسفورماتورهای افزایش ولتاژ برای افزایش ولتاژ نسبتاً پایین تولید شده توسط ژنراتورها به سطوح ولتاژ بالاتر استفاده می‌شود. برای زیرستانسیون‌های انتهایی که مستقیماً به کاربران مختلف تأمین می‌کنند، از ترانسفورماتورهای کاهش ولتاژ استفاده می‌شود.

بر اساس تعداد فاز: به ترانسفورماتورهای تک‌فاز و ترانسفورماتورهای سه‌فاز تقسیم می‌شوند. ترانسفورماتورهای سه‌فاز در زیرستانسیون‌های سیستم‌های تأمین و توزیع برق به طور گسترده استفاده می‌شوند، در حالی که ترانسفورماتورهای تک‌فاز عموماً برای تجهیزات تک‌فاز با ظرفیت کوچک استفاده می‌شوند.

بر اساس ماده رسانای پیچه: به ترانسفورماتورهای پیچه‌برداری شده با مس و ترانسفورماتورهای پیچه‌برداری شده با آلومینیوم تقسیم می‌شوند. در گذشته، بیشتر زیرستانسیون‌های کارخانجات در چین از ترانسفورماتورهای پیچه‌برداری شده با آلومینیوم استفاده می‌کردند، اما اکنون ترانسفورماتورهای پیچه‌برداری شده با مس با ضریب اتلاف کم، به خصوص ترانسفورماتورهای پیچه‌برداری شده با مس با ظرفیت بالا، کاربرد گسترده‌تری یافته‌اند.

بر اساس نوع پیچه: سه نوع وجود دارد: ترانسفورماتورهای دوپیچه، ترانسفورماتورهای سه‌پیچه و ترانسفورماتورهای خودکار. ترانسفورماتورهای دوپیچه در مکان‌هایی که نیاز به تبدیل یک ولتاژ است استفاده می‌شوند؛ ترانسفورماتورهای سه‌پیچه در مکان‌هایی که نیاز به تبدیل دو ولتاژ است با یک پیچه اصلی و دو پیچه ثانویه استفاده می‌شوند. ترانسفورماتورهای خودکار بیشتر در آزمایشگاه‌ها برای تنظیم ولتاژ استفاده می‌شوند.

بر اساس روش خنک‌سازی و عایق‌بندی پیچه: به ترانسفورماتورهای غوطه‌ور در روغن و ترانسفورماتورهای خشک تقسیم می‌شوند. ترانسفورماتورهای غوطه‌ور در روغن عملکرد عایق‌بندی و تخلیه حرارتی بهتری دارند، هزینه کمتری دارند و نگهداری آنها آسان‌تر است، بنابراین به طور گسترده‌ای استفاده می‌شوند. اما به دلیل قابل اشتعال بودن روغن، برای محیط‌های قابل اشتعال، انفجاری یا با نیاز بالا به ایمنی مناسب نیستند. ترانسفورماتورهای خشک ساختار ساده‌تری دارند، حجم کوچکتری دارند، وزن کمتری دارند و مقاوم در برابر آتش، گرد و غبار و رطوبت هستند. آنها گران‌تر از ترانسفورماتورهای غوطه‌ور در روغن با ظرفیت مشابه هستند و به طور گسترده‌ای در مکان‌های با ایمنی آتش‌سوزی بالا، به خصوص در زیرستانسیون‌های داخل ساختمان‌های بزرگ، زیرستانسیون‌های زیرزمینی و سیستم‌های ذخیره‌سازی انرژی استفاده می‌شوند.

۲. مدل‌ها و گروه‌های اتصال ترانسفورماتورهای برق

استانداردهای ظرفیت: در حال حاضر، چین از سری R10 توصیه شده توسط IEC برای تعیین ظرفیت ترانسفورماتورهای برق استفاده می‌کند، که در آن ظرفیت در مضرب R10=¹⁰√10=1.26 افزایش می‌یابد. ظرفیت‌های معمول شامل 100kVA، 125kVA، 160kVA، 200kVA، 250kVA، 315kVA، 400kVA، 500kVA، 630kVA، 800kVA، 1000kVA، 1250kVA، 1600kVA، 2000kVA، 2500kVA و 3150kVA هستند. ترانسفورماتورهای زیر 500kVA به عنوان کوچک‌اندازه، ترانسفورماتورهای بین 630~6300kVA به عنوان متوسط‌اندازه و ترانسفورماتورهای بالای 8000kVA به عنوان بزرگ‌اندازه در نظر گرفته می‌شوند.

گروه‌های اتصال: گروه اتصال یک ترانسفورماتور برق به نوع اتصال پیچه‌های اصلی و ثانویه و رابطه فازی متناظر بین ولتاژ خطی اصلی و ثانویه اشاره دارد. گروه‌های اتصال معمول شامل Yyn0، Dyn11، Yzn11، Yd11 و YNd11 هستند. برای ترانسفورماتورهای توزیع 6~10kV (با ولتاژ ثانویه 220/380V)، Yyn0 و Dyn11 دو گروه اتصال معمول هستند.

• گروه اتصال Yyn0: رابطه فازی بین ولتاژ خطی اصلی و متناظر ثانویه شبیه موقعیت عقربه‌های ساعت و دقیقه در صفر (12) است. پیچه اصلی با اتصال ستاره‌ای و پیچه ثانویه با اتصال ستاره‌ای و خط محاوره‌ای است. جریان‌های هارمونیک 3n که ممکن است در مدار موجود باشد به شبکه فشار قوی تزریق می‌شوند. همچنین، جریان خط محاوره‌ای مشخص شده است که نباید بیش از 25٪ جریان خط فازی باشد. بنابراین، این روش اتصال برای کاربردهای با بارهای نامتوازن شدید یا هارمونیک‌های 3n برجسته مناسب نیست. اما گروه اتصال Yyn0 نیاز به قدرت عایق‌بندی کمتری برای پیچه اصلی (نسبت به Dyn11) دارد، که باعث کاهش هزینه ساخت می‌شود. در سیستم‌های TN و TT، ترانسفورماتورهای با گروه اتصال Yyn0 می‌توانند انتخاب شوند وقتی که جریان خط محاوره‌ای ناشی از جریان نامتوازن تک‌فازی بیش از 25٪ جریان اسمی پیچه ثانویه نباشد و جریان هر فاز در بار کامل نباید بیش از جریان اسمی باشد.

• گروه اتصال Dyn11: رابطه فازی بین ولتاژ خطی اصلی و متناظر ثانویه شبیه موقعیت عقربه‌های ساعت و دقیقه در 11 است. در گروه‌های اتصال Dyn11، جریان‌های دوری در پیچه اصلی تشکیل می‌شوند که از تزریق به شبکه عمومی جلوگیری می‌کنند و کاهش هارمونیک‌های مرتبه بالا را فراهم می‌کنند. پیچه ثانویه با اتصال ستاره‌ای و خط محاوره‌ای است و بر اساس مشخصات، جریان خط محاوره‌ای مجاز است تا 75٪ جریان فازی باشد. بنابراین، توانایی آن در مدیریت جریان‌های نامتوازن تک‌فازی بسیار بیشتر از ترانسفورماتورهای با گروه اتصال Yyn0 است. برای سیستم‌های تأمین برق مدرن با افزایش سریع بارهای تک‌فازی، به ویژه در سیستم‌های TN و TT، ترانسفورماتورهای متصل به Dyn11 به طور گسترده ترویج و استفاده شده‌اند.

۳. کاربرد ترانسفورماتورها در سیستم‌های ذخیره‌سازی انرژی

نقش اصلی ترانسفورماتورها در سیستم‌های ذخیره‌سازی انرژی، تبدیل ولتاژ و تنظیم انتقال انرژی است که هماهنگی سطح ولتاژ بین باتری‌های ذخیره‌سازی، مبدل‌ها/انوکتورها و شبکه/بار را تضمین می‌کند، بنابراین شارژ و دیشارژ موثر و ایمن انرژی را فراهم می‌کند.

• اتصال به شبکه: با کار کردن با سیستم‌های تبدیل انرژی (PCS)، ترانسفورماتورها ولتاژ خروجی جریان متناوب از PCS را به سطح شبکه (مانند ۱۰kV/۳۵kV) برای اتصال به شبکه بالا می‌برند یا در حین دیشارژ ولتاژ شبکه را به سطوح سازگار با PCS پایین می‌آورند. آنها همچنین جداسازی DC را فراهم می‌کنند تا از تزریق مؤلفه‌های DC به شبکه جلوگیری شود.

• توزیع انرژی داخلی: در ایستگاه‌های ذخیره‌سازی انرژی در مقیاس بزرگ، ترانسفورماتورها به عنوان ترانسفورماتورهای ایستگاه عمل می‌کنند و ولتاژ شبکه با ولتاژ بالا را به ولتاژ پایین (مانند ۰.۴kV) پایین می‌آورند تا انرژی پایدار برای خوشه‌های باتری ذخیره‌سازی، سیستم‌های کمکی PCS، تجهیزات نظارت و مولفه‌های دیگر فراهم کنند.

• برای کاربردهای جانب کاربر/میکروشبکه: در ذخیره‌سازی انرژی جانب کاربر، ترانسفورماتورها می‌توانند ولتاژ خروجی سیستم‌های ذخیره‌سازی را به سطوح سازگار با بارهای کاربر تبدیل کنند و به طور مستقیم انرژی را به بارها تأمین کنند. در میکروشبکه‌ها، آنها می‌توانند به طور انعطاف‌پذیر ولتاژ را تنظیم کنند تا به تعاملات انرژی بین منابع مختلف توزیع‌شده و بارها تطبیق دهند.