Quels sont les types de classification des transformateurs électriques et leurs applications dans les systèmes de stockage d'énergie
Les transformateurs de puissance sont des équipements principaux essentiels dans les systèmes électriques qui permettent la transmission d'énergie électrique et la conversion de tension. Grâce au principe de l'induction électromagnétique, ils convertissent le courant alternatif d'un niveau de tension à un autre ou à plusieurs niveaux de tension. Dans le processus de transmission et de distribution, ils jouent un rôle crucial dans la "transmission en tension élevée et la distribution en tension basse", tandis que dans les systèmes de stockage d'énergie, ils effectuent des fonctions d'élévation et de réduction de tension, assurant une transmission efficace de l'énergie et une utilisation finale sûre.
1. Classification des transformateurs de puissance
Les transformateurs de puissance sont des équipements clés dans les postes de transformation, leur fonction principale étant d'augmenter ou de diminuer la tension de l'énergie électrique dans les systèmes électriques pour faciliter une transmission, distribution et utilisation rationnelle de l'électricité. Les transformateurs de puissance dans les systèmes d'alimentation et de distribution peuvent être classifiés selon différentes perspectives.
Par fonction : Divisés en transformateurs élévateurs et transformateurs abaisseurs. Dans les systèmes de transmission et de distribution sur de longues distances, les transformateurs élévateurs sont utilisés pour augmenter la tension relativement faible générée par les générateurs à des niveaux de tension plus élevés. Pour les postes de transformation terminaux qui fournissent directement divers utilisateurs, on emploie des transformateurs abaisseurs.
Par nombre de phases : Classés comme transformateurs monophasés et transformateurs triphasés. Les transformateurs triphasés sont largement utilisés dans les postes de transformation des systèmes d'alimentation et de distribution, tandis que les transformateurs monophasés sont généralement utilisés pour des équipements monophasés de petite capacité dédiés.
Par matériau du conducteur d'enroulement : Divisés en transformateurs à enroulements en cuivre et transformateurs à enroulements en aluminium. Dans le passé, la plupart des postes de transformation d'usine en Chine utilisaient des transformateurs à enroulements en aluminium, mais maintenant, les transformateurs à enroulements en cuivre à faible perte, en particulier ceux de grande capacité, ont trouvé une application plus large.
Par configuration d'enroulement : Il existe trois types : transformateurs à deux enroulements, transformateurs à trois enroulements et auto-transformateurs. Les transformateurs à deux enroulements sont utilisés là où une seule transformation de tension est requise ; les transformateurs à trois enroulements sont utilisés là où deux transformations de tension sont nécessaires, avec un enroulement primaire et deux enroulements secondaires. Les auto-transformateurs sont principalement utilisés en laboratoire pour la régulation de tension.
Par méthode de refroidissement et isolation d'enroulement : Classés comme transformateurs immergés dans l'huile et transformateurs à sec. Les transformateurs immergés dans l'huile offrent de meilleures performances en termes d'isolation et de dissipation thermique, un coût plus faible et une maintenance plus facile, ce qui les rend largement adoptés. Cependant, en raison de l'inflammabilité de l'huile, ils ne sont pas adaptés aux environnements inflammables, explosifs ou à haute exigence de sécurité. Les transformateurs à sec présentent une structure simple, une taille réduite, un poids léger, et sont ignifuges, résistants à la poussière et à l'humidité. Ils sont plus chers que les transformateurs immergés dans l'huile de même capacité et sont largement utilisés dans des endroits à haute sécurité incendie, en particulier dans les postes de transformation situés dans de grands bâtiments, les postes de transformation souterrains et les systèmes de stockage d'énergie.
2. Modèles de transformateurs de puissance et groupes de connexion
Normes de capacité : Actuellement, la Chine adopte la série R10 recommandée par l'IEC pour déterminer les capacités des transformateurs de puissance, où la capacité augmente par multiples de R10=¹⁰√10=1,26. Les valeurs courantes comprennent 100 kVA, 125 kVA, 160 kVA, 200 kVA, 250 kVA, 315 kVA, 400 kVA, 500 kVA, 630 kVA, 800 kVA, 1000 kVA, 1250 kVA, 1600 kVA, 2000 kVA, 2500 kVA, et 3150 kVA. Les transformateurs inférieurs à 500 kVA sont considérés comme de petite taille, ceux entre 630~6300 kVA sont de taille moyenne, et ceux supérieurs à 8000 kVA sont de grande taille.
Groupes de connexion : Le groupe de connexion d'un transformateur de puissance fait référence au type de méthode de connexion utilisée pour les enroulements primaire et secondaire et à la relation de phase correspondante entre les tensions de ligne primaire et secondaire. Les groupes de connexion courants incluent Yyn0, Dyn11, Yzn11, Yd11 et YNd11. Pour les transformateurs de distribution de 6~10 kV (avec une tension secondaire de 220/380 V), Yyn0 et Dyn11 sont les deux groupes de connexion couramment utilisés.
Groupe de connexion Yyn0 : La relation de phase entre les tensions de ligne primaire et secondaire correspondantes ressemble à la position des aiguilles des heures et des minutes à minuit (12 heures). L'enroulement primaire utilise une connexion en étoile, tandis que l'enroulement secondaire utilise une connexion en étoile avec une ligne neutre. Les courants harmoniques de 3n-ième ordre possibles dans le circuit seront injectés dans le réseau haute tension commun. De plus, le courant de la ligne neutre est spécifié pour ne pas dépasser 25 % du courant de la ligne de phase. Par conséquent, cette méthode de connexion n'est pas adaptée aux applications avec des charges fortement déséquilibrées ou des harmoniques de 3n-ième ordre prononcés. Cependant, le groupe de connexion Yyn0 nécessite une force d'isolation inférieure pour l'enroulement primaire (comparé à Dyn11), ce qui entraîne un coût de fabrication légèrement inférieur. Dans les systèmes TN et TT, les transformateurs de groupe de connexion Yyn0 peuvent être sélectionnés lorsque le courant de ligne neutre causé par le courant monophasé non équilibré ne dépasse pas 25 % du courant nominal de l'enroulement secondaire, et le courant dans n'importe quelle phase ne dépasse pas le courant nominal à pleine charge.
Groupe de connexion Dyn11 : La relation de phase entre les tensions de ligne primaire et secondaire correspondantes ressemble à la position des aiguilles des heures et des minutes à 11 heures. Dans les groupes de connexion Dyn11, des courants circulants se forment dans l'enroulement primaire, empêchant l'injection dans le réseau public et fournissant une suppression des harmoniques d'ordre supérieur. L'enroulement secondaire utilise une connexion en étoile avec une ligne neutre, et selon les spécifications, le courant de la ligne neutre est autorisé à atteindre jusqu'à 75 % du courant de phase. Par conséquent, sa capacité à gérer les courants monophasés non équilibrés est beaucoup plus grande que celle des transformateurs de groupe de connexion Yyn0. Pour les systèmes d'alimentation moderne avec des charges monophasées en augmentation rapide, en particulier dans les systèmes TN et TT, les transformateurs connectés en Dyn11 ont été vigoureusement promus et largement appliqués.
3. Application des transformateurs dans les systèmes de stockage d'énergie
Le rôle central des transformateurs dans les systèmes de stockage d'énergie est la transformation de tension et l'adaptation de la transmission d'énergie, assurant la compatibilité des niveaux de tension entre les batteries de stockage d'énergie, les convertisseurs/inverseurs, et le réseau électrique/les charges, permettant ainsi une charge et décharge efficaces et sûres de l'énergie.
Connexion au réseau : En collaboration avec les Systèmes de Conversion de Puissance (PCS), les transformateurs élèvent la tension alternative en sortie des PCS au niveau du réseau (par exemple 10kV/35kV) pour la connexion au réseau, ou abaissent la tension du réseau à des niveaux compatibles avec les PCS lors de la décharge. Ils fournissent également une isolation continue pour empêcher l'injection de composants continus dans le réseau.
Distribution de puissance interne : Dans les grandes centrales de stockage d'énergie, les transformateurs agissent comme des transformateurs de station, abaissant la tension élevée du réseau à une tension basse (par exemple 0,4kV) pour fournir une alimentation stable aux clusters de batteries de stockage d'énergie, aux systèmes auxiliaires PCS, aux équipements de surveillance et autres composants.
Applications côté utilisateur/réseaux électriques locaux : Pour le stockage d'énergie côté utilisateur, les transformateurs peuvent convertir la tension de sortie des systèmes de stockage d'énergie à des niveaux compatibles avec les charges des utilisateurs, fournissant directement de l'énergie aux charges. Dans les réseaux électriques locaux, ils peuvent également réguler de manière flexible la tension pour s'adapter aux interactions d'énergie entre différents types de sources d'énergie distribuées et de charges.
