چه نوعهایی از ترانسفورماتورهای الکتریکی وجود دارد و کاربردهای آنها در سیستمهای ذخیره انرژی چیست؟
ترانسفورماتورهای قدرت تجهیزات اصلی هستند در سیستمهای برق که انتقال و تبدیل ولتاژ انرژی الکتریکی را محقق میکنند. با استفاده از اصل القای الکترومغناطیسی، آنها جریان الکتریکی متناوب با یک سطح ولتاژ را به یک یا چندین سطح ولتاژ دیگر تبدیل میکنند. در فرآیند انتقال و توزیع، نقش مهمی در "افزایش ولتاژ برای انتقال و کاهش ولتاژ برای توزیع" ایفا میکنند، در حالی که در سیستمهای ذخیرهسازی انرژی، عملکرد افزایش و کاهش ولتاژ را انجام میدهند تا انتقال موثر انرژی و استفاده ایمن از آن در پایان خط تضمین شود.
۱. طبقهبندی ترانسفورماتورهای قدرت
ترانسفورماتورهای قدرت تجهیزات اصلی در زیرстанیونها 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 قدرت در سیستمهای تأمین و توزیع میتوانند از دیدگاههای مختلف طبقهبندی شوند.
بر اساس عملکرد: به دو نوع ترانسفورماتورهای افزایشدهنده ولتاژ و کاهشدهنده ولتاژ تقسیم میشوند. در سیستمهای انتقال و توزیع در فواصل دور، ترانسفورماتورهای افزایشدهنده ولتاژ برای افزایش ولتاژ نسبتاً کم تولید شده توسط ژنراتورها به سطوح ولتاژ بالاتر استفاده میشوند. برای زیرستانیونهای نهایی که مستقیماً به کاربران مختلف تامین میکنند، از ترانسفورماتورهای کاهشدهنده ولتاژ استفاده میشود.
بر اساس تعداد فاز: به دو نوع ترانسفورماتورهای تکفاز و سهفاز تقسیم میشوند. ترانسفورماتورهای سهفاز در زیرستانیونهای سیستمهای تأمین و توزیع برق به طور گسترده مورد استفاده قرار میگیرند، در حالی که ترانسفورماتورهای تکفاز عموماً برای تجهیزات تکفاز با ظرفیت کوچک اختصاصی استفاده میشوند.
بر اساس ماده رسانای بابین: به دو نوع ترانسفورماتورهای بابیندار مس و آلومینیوم تقسیم میشوند. در گذشته، بیشتر زیرستانیونهای صنعتی در چین از ترانسفورماتورهای بابیندار آلومینیوم استفاده میکردند، اما اکنون ترانسفورماتورهای بابیندار مس با ضریب زیان کم، به خصوص ترانسفورماتورهای بابیندار مس با ظرفیت بزرگ، کاربرد گستردهتری یافتهاند.
بر اساس نوع بابین: سه نوع وجود دارد: ترانسفورماتورهای دو بابین، ترانسفورماتورهای سه بابین و اوترانسفورماتورها. ترانسفورماتورهای دو بابین در مکانهایی که نیاز به تبدیل یک ولتاژ وجود دارد استفاده میشوند؛ ترانسفورماتورهای سه بابین در مواردی که نیاز به دو تبدیل ولتاژ است، با یک بابین اصلی و دو بابین ثانویه مورد استفاده قرار میگیرند. اوترانسفورماتورها بیشتر در آزمایشگاهها برای تنظیم ولتاژ استفاده میشوند.
بر اساس روش خنکسازی و عایق بندی بابین: به دو نوع ترانسفورماتورهای غوطهور در روغن و خشک تقسیم میشوند. ترانسفورماتورهای غوطهور در روغن دارای عملکرد عایق بندی و خنکسازی بهتر، هزینه کمتر و نگهداری آسانتر هستند و به طور گسترده مورد استفاده قرار میگیرند. با این حال، به دلیل قابلیت اشتعال روغن، آنها برای محیطهای قابل اشتعال، انفجاری یا با نیازهای بالای ایمنی مناسب نیستند. ترانسفورماتورهای خشک دارای ساختار ساده، حجم کوچک، وزن کم و مقاومت در برابر آتش، گرد و رطوبت هستند. آنها گرانتر از ترانسفورماتورهای غوطهور در روغن با ظرفیت مشابه هستند و در محلهای با نیازهای بالای ایمنی آتشنشانی، به ویژه در زیرستانیونهای داخل ساختمانهای بزرگ، زیرستانیونهای زیرزمینی و سیستمهای ذخیرهسازی انرژی به طور گسترده مورد استفاده قرار میگیرند.
۲. مدلها و گروههای اتصال ترانسفورماتورهای قدرت
استانداردهای ظرفیت: در حال حاضر، چین از سری R10 پیشنهادی IEC برای تعیین ظرفیت ترانسفورماتورهای قدرت استفاده میکند، که در آن ظرفیت در مضربهای 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 کوچک، آنهایی بین 630~6300kVA به عنوان متوسط و آنهایی بالای 8000kVA به عنوان بزرگ طبقهبندی میشوند.
گروههای اتصال: گروه اتصال ترانسفورماتور قدرت به نوع اتصال بابینهای اصلی و ثانویه و رابطه فازی متناظر بین ولتاژ خط 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 خط اصلی و ثانویه متناظر شبیه موقعیت دستههای ساعت و دقیقه در صفر (12) است. بابین اصلی با اتصال ستارهای و بابین ثانویه با اتصال ستارهای و خط نیمهریز است. جریانهای هارمونیک 3n-ام که ممکن است در مدار موجود باشد، به شبکه فشار قوی تزریق میشوند. علاوه بر این، جریان خط نیمهریز نباید بیش از 25٪ جریان خط فازی باشد. بنابراین، این روش اتصال برای کاربردهایی با بار نامتوازن شدید یا هارمونیکهای 3n-ام برجسته مناسب نیست. با این حال، گروه اتصال Yyn0 نیاز به قوت عایق بندی کمتر برای بابین اصلی (نسبت به Dyn11) دارد که باعث کاهش هزینه ساخت میشود. در سیستمهای TN و TT، ترانسفورماتورهای گروه اتصال Yyn0 میتوانند انتخاب شوند وقتی که جریان خط نیمهریز ناشی از جریان نامتوازن تکفازی نباید بیش از 25٪ جریان اسمی بابین ثانویه باشد و جریان هر فاز نباید بیش از جریان اسمی در بار کامل باشد.
گروه اتصال Dyn11: رابطه فازی بین ولتاژ خط اصلی و ثانویه متناظر شبیه موقعیت دستههای ساعت و دقیقه در 11 است. در گروههای اتصال Dyn11، جریانهای دورهای در بابین اصلی تشکیل میشوند که از تزریق به شبکه عمومی جلوگیری میکنند و مهار هارمونیکهای مرتبه بالاتر را فراهم میکنند. بابین ثانویه با اتصال ستارهای و خط نیمهریز است و بر اساس مشخصات، جریان خط نیمهریز مجاز است تا 75٪ جریان فازی باشد. بنابراین، توانایی آن در مدیریت جریانهای تکفاز نامتوازن بسیار بیشتر از ترانسفورماتورهای 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 ذخیره انرژی شامل تبدیل ولتاژ و تنظیم انتقال انرژی است، که مطابقت سطح ولتاژ بین باتریهای ذخیره انرژی، تبدیلکنندهها/انوشتکنندهها و شبکه برق/بارها را تضمین میکند، بدین ترتیب شارژ و دشارژ موثر و ایمن انرژی را ممکن میسازد.
اتصال به شبکه: با همکاری سیستمهای تبدیل انرژی (PCS)، ترانسفورماتورها ولتاژ خروجی AC از PCS را برای اتصال به شبکه (مانند ۱۰kV/۳۵kV) افزایش میدهند یا در زمان دشارژ ولتاژ شبکه را به سطوح قابل استفاده برای PCS کاهش میدهند. آنها همچنین جداسازی DC را فراهم میکنند تا از تزریق مؤلفههای DC به شبکه جلوگیری شود.
توزیع انرژی داخلی: در ایستگاههای ذخیره انرژی در مقیاس بزرگ، ترانسفورماتورها به عنوان ترانسفورماتورهای ایستگاه عمل میکنند و ولتاژ شبکه را از سطح بالا به ولتاژ پایین (مانند ۰.۴kV) کاهش میدهند تا برای خوشههای باتری ذخیره انرژی، سیستمهای کمکی PCS، تجهیزات نظارت و مولفههای دیگر انرژی پایدار فراهم کنند.
کاربردهای جانب کاربر/میکروشبکه: برای ذخیره انرژی جانب کاربر، ترانسفورماتورها میتوانند ولتاژ خروجی سیستمهای ذخیره انرژی را به سطوح قابل استفاده برای بارهای کاربر تبدیل کنند و به طور مستقیم انرژی را به بارها تامین کنند. در میکروشبکهها، آنها میتوانند به صورت انعطافپذیر ولتاژ را تنظیم کنند تا به تعاملات انرژی بین منابع توزیعشده مختلف و بارها تطبیق دهند.
