Que tipos de clasificación existen para os transformadores eléctricos e as súas aplicacións nos sistemas de almacenamento de enerxía

Os transformadores de potencia son equipamentos primarios fundamentais nos sistemas eléctricos que realizan a transmisión e conversión de enerxía eléctrica. A través do principio da indución electromagnética, convertem a enerxía AC dun nivel de tensión a outro ou múltiples niveis de tensión. No proceso de transmisión e distribución, desempeñan un papel crítico na "transmisión de elevación e distribución de redución", mentres que nos sistemas de almacenamento de enerxía, realizan funcións de elevación e redución de tensión, asegurando así unha transmisión eficiente da potencia e un uso final seguro.

1. Clasificación dos Transformadores de Potencia

Os transformadores de potencia son equipamentos primarios clave nas subestacións, cunha función principal de aumentar ou diminuír a tensión da enerxía eléctrica nos sistemas de potencia para facilitar a transmisión, distribución e utilización racional da electricidade. Os transformadores de potencia en sistemas de suministro e distribución poden clasificarse desde diferentes perspectivas.

Por Función: Divididos en transformadores de elevación e transformadores de redución. Nos sistemas de transmisión e distribución a longa distancia, usanse transformadores de elevación para aumentar a tensión relativamente baixa xerada polos xeradores a niveis de tensión máis altos. Para as subestacións terminais que fornecen directamente a diversos usuarios, empreganse transformadores de redución.

Por Número de Fases: Clasificados como transformadores monofásicos e trifásicos. Os transformadores trifásicos son ampliamente utilizados nas subestacións de sistemas de suministro e distribución de enerxía, mentres que os transformadores monofásicos xeralmente úsanse para equipos monofásicos de pequena capacidade específicos.

Por Material do Conductor das Bobinas: Divididos en transformadores con bobinas de cobre e transformadores con bobinas de aluminio. No pasado, a maioría das subestacións industriais en China usaban transformadores con bobinas de aluminio, pero agora os transformadores de baixa perda con bobinas de cobre, especialmente os de gran capacidade, teñen unha aplicación máis amplia.

Por Configuración das Bobinas: Existen tres tipos: transformadores de dúas bobinas, transformadores de tres bobinas e autotransformadores. Os transformadores de dúas bobinas úsanse en lugares que requiren a transformación dunha tensión; os transformadores de tres bobinas úsanse onde se necesitan dúas transformacións de tensión, caracterizando unha bobina primaria e dúas bobinas secundarias. Os autotransformadores úsanse principalmente en laboratorios para a regulación de tensión.

Por Método de Refrixeración e Aislamento das Bobinas: Clasificados como transformadores de inmersión en óleo e transformadores secos. Os transformadores de inmersión en óleo ofrecen un mellor rendemento de aislamento e dissipación de calor, menor custo e manutención máis sinxela, facendo que sexan ampliamente adoptados. No entanto, debido á inflamabilidade do óleo, non son adecuados para entornos inflamables, explosivos ou de alta requirimento de seguridade. Os transformadores secos caracterízanse por unha estrutura simple, tamaño pequeno, peso lixeiro e son ignífugos, antipolvo e húmido. Son máis caros que os transformadores de inmersión en óleo da mesma capacidade e son ampliamente utilizados en locais de alta seguridade contra incendios, especialmente en subestacións dentro de grandes edificios, subestacións subterráneas e sistemas de almacenamento de enerxía.

2. Modelos de Transformadores de Potencia e Grupos de Conexión

Normas de Capacidade: Actualmente, China adopta a serie R10 recomendada polo IEC para determinar as capacidades dos transformadores de potencia, onde a capacidade aumenta en múltiplos de R10=¹⁰√10=1.26. As calibracións comúns inclúen 100kVA, 125kVA, 160kVA, 200kVA, 250kVA, 315kVA, 400kVA, 500kVA, 630kVA, 800kVA, 1000kVA, 1250kVA, 1600kVA, 2000kVA, 2500kVA, e 3150kVA. Os transformadores por debaixo de 500kVA consideranse de pequeno tamaño, os entre 630~6300kVA son de tamaño medio, e os por riba de 8000kVA son de gran tamaño.

Grupos de Conexión: O grupo de conexión dun transformador de potencia refírese ao tipo de método de conexión utilizado para as bobinas primaria e secundaria e a relación de fase correspondente entre as tensións de liña primaria e secundaria. Os grupos de conexión comúns inclúen Yyn0, Dyn11, Yzn11, Yd11, e YNd11. Para os transformadores de distribución de 6~10kV (con tensión secundaria de 220/380V), Yyn0 e Dyn11 son os dous grupos de conexión comúnmente utilizados.

• Grupo de Conexión Yyn0: A relación de fase entre as tensións de liña primaria e secundaria correspondentes semella a posición das agullas horarias e minutos ás 12 horas. A bobina primaria usa conexión en estrela, mentres que a bobina secundaria usa conexión en estrela cunha liña neutra. As correntes harmónicas de 3n-ésima orde posibles no circuito serán inxectadas na rede de alta tensión común. Ademais, especifica que a corrente da liña neutra non debe superar o 25% da corrente da liña de fase. Polo tanto, este método de conexión non é adecuado para aplicaciones con cargas desequilibradas severas ou harmónicas de 3n-ésima orde prominentes. No entanto, o grupo de conexión Yyn0 require unha forza de aislamento menor para a bobina primaria (en comparación co Dyn11), resultando nun custo de fabricación lixereiramente menor. En sistemas TN e TT, poden seleccionarse transformadores de grupo de conexión Yyn0 cando a corrente da liña neutra causada pola corrente desequilibrada monofásica non supere o 25% da corrente nominal da bobina secundaria, e a corrente en calquera fase non supere a corrente nominal a carga completa.

• Grupo de Conexión Dyn11: A relación de fase entre as tensións de liña primaria e secundaria correspondentes semella a posición das agullas horarias e minutos ás 11 horas. Nos grupos de conexión Dyn11, forman correntes circulantes na bobina primaria, evitando a súa inxeción na rede pública e proporcionando supresión de harmónicas de ordes superiores. A bobina secundaria usa conexión en estrela cunha liña neutra, e segundo as especificacións, permite que a corrente da liña neutra chegue ata o 75% da corrente de fase. Polo tanto, a súa capacidade para manejar correntes desequilibradas monofásicas é moito maior que a dos transformadores de grupo de conexión Yyn0. Para os sistemas modernos de suministro de enerxía con cargas monofásicas en rápido aumento, especialmente en sistemas TN e TT, os transformadores conectados Dyn11 foron vigorosamente promovidos e ampliamente aplicados.

3. Aplicación dos Transformadores nos Sistemas de Almacenamento de Enerxía

O papel central dos transformadores nos sistemas de almacenamento de enerxía é a transformación de voltaxe e a adaptación da transmisión de enerxía, asegurando a correspondencia do nivel de voltaxe entre as baterías de almacenamento de enerxía, os convertidores/inversores e a rede eléctrica/cargas, permitindo así unha carga e descarga eficiente e segura da enerxía.

• Conexión á Rede: Traballando con Sistemas de Conversión de Poder (PCS), os transformadores aumentan a tensión AC de saída dos PCS ao nivel da rede (como 10kV/35kV) para a conexión á rede, ou reducen a tensión da rede a niveis compatibles co PCS durante a descarga. Tamén proporcionan aislamento DC para evitar que os componentes DC sexan inxectados na rede.

• Distribución de Poder Interna: Nas centrais de almacenamento de enerxía de gran escala, os transformadores actúan como transformadores de estación, reducindo a alta tensión da rede a baixa tensión (como 0,4kV) para proporcionar poder estable para clusters de baterías de almacenamento de enerxía, sistemas auxiliares de PCS, equipos de monitorización e outros componentes.

• Aplicacións de Lado do Usuario/Microreds: Para o almacenamento de enerxía de lado do usuario, os transformadores poden converter a tensión de saída dos sistemas de almacenamento de enerxía a niveis compatibles coas cargas do usuario, fornecendo poder directamente ás cargas. Nas microreds, tamén poden regular flexibelmente a tensión para adaptarse ás interaccións de enerxía entre diferentes tipos de fuentes de poder distribuído e cargas.