電力変圧器の分類タイプとエネルギー貯蔵システムにおけるその応用とは何ですか

フィールド: 変圧器解析

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パワートランスは、電力システムにおける中核的な一次設備であり、電気エネルギーの伝送と電圧変換を実現します。電磁誘導の原理により、ある電圧レベルの交流電力を別のまたは複数の電圧レベルに変換します。送配電プロセスでは「昇圧送電・降圧配電」という重要な役割を果たし、エネルギー貯蔵システムにおいても電圧の昇圧および降圧機能を担い、効率的な電力伝送と安全な最終利用を確保します。

1. パワートランスの分類

パワートランスは変電所における主要な一次設備であり、その主な機能は電力システム内の電気エネルギーの電圧を上昇または下降させることで、電力の合理的な送電、配電および利用を可能にすることです。供給および配電システムにおけるパワートランスは、異なる観点から分類することができます。

機能別：昇圧トランスと降圧トランスに分けられます。長距離送配電システムでは、発電機が生成する比較的低い電圧をより高い電圧レベルに上げるために昇圧トランスが使用されます。一方、各種ユーザーに直接電力を供給する末端変電所では、降圧トランスが用いられます。

相数別：単相トランスと三相トランスに分類されます。三相トランスは供給および配電システムの変電所で広く使用されており、単相トランスは一般的に専用の小容量単相機器に使用されます。

巻線導体材料別：銅巻線トランスとアルミ巻線トランスに分けられます。過去には中国の工場変電所の多くがアルミ巻線トランスを使用していましたが、現在では低損失の銅巻線トランス、特に大容量銅巻線トランスの適用が広く進んでいます。

巻線構成別：二種巻線トランス、三種巻線トランス、オートトランスの3種類があります。一つの電圧変換が必要な場所には二種巻線トランスが使用され、二つの電圧変換が必要な場所には三種巻線トランスが使用され、一次巻線1つと二次巻線2つを備えます。オートトランスは主に実験室での電圧調整に使用されます。

冷却方式および巻線絶縁別：油浸式トランスと乾式トランスに分類されます。油浸式トランスは絶縁性および放熱性能が優れ、コストが低く、メンテナンスも容易なため広く採用されています。しかし、油の可燃性のため、可燃性・爆発性のある環境や安全性要件の高い場所には不適しています。乾式トランスは構造がシンプルで、小型・軽量であり、防火性・防塵性・防湿性に優れています。同じ容量の油浸式トランスに比べて高価ですが、火災安全性が求められる場所、特に大型建物内の変電所、地下変電所およびエネルギー貯蔵システムで広く使用されています。

2. パワートランスの型式および結線グループ

容量規格：現在、中国ではIEC推奨のR10系列に基づいてパワートランスの容量を決定しており、容量はR10=¹⁰√10=1.26倍ずつ増加します。一般的な定格容量には100kVA、125kVA、160kVA、200kVA、250kVA、315kVA、400kVA、500kVA、630kVA、800kVA、1000kVA、1250kVA、1600kVA、2000kVA、2500kVA、3150kVAがあります。500kVA以下のトランスは小型、630～6300kVAは中型、8000kVA以上は大型とされています。

結線グループ：パワートランスの結線グループとは、一次および二次巻線の接続方式の種類と、一次および二次線間電圧間の対応する位相関係を指します。一般的な結線グループにはYyn0、Dyn11、Yzn11、Yd11、YNd11があります。6～10kVの配電トランス（二次電圧220/380V）の場合、Yyn0およびDyn11がよく使用される結線グループです。

Yyn0結線グループ：一次および対応する二次線間電圧の位相关係は、時計の長針と短針がゼロ時（12時）の位置にある状態に似ています。一次巻線はスター結線、二次巻線は中性線付きスター結線です。回路に存在する可能性のある3n次高調波電流が共通の高圧系統に注入されます。また、中性線電流は相電流の25％を超えてはいけません。したがって、負荷が著しく不平衡である場合や3n次高調波が顕著な用途には不適です。ただし、Yyn0結線グループは一次巻線の絶縁強度がDyn11に比べて低くて済むため、製造コストが若干安くなります。TNおよびTT系統において、単相不平衡電流による中性線電流が二次巻線の定格電流の25％以下であり、かついずれの相の電流も定格電流を超えない場合、Yyn0結線グループのトランスを選択できます。
Dyn11結線グループ：一次および対応する二次線間電圧の位相关係は、時計の長針と短針が11時の位置にある状態に似ています。Dyn11結線グループでは一次巻線内に循環電流が生じ、公共系統への注入を防止し、高次高調波を抑制します。二次巻線は中性線付きスター結線であり、規定によれば中性線電流は相電流の最大75％まで許容されます。したがって、単相不平衡電流に対する耐性はYyn0結線グループのトランスよりもはるかに優れています。単相負荷が急速に増加している現代の電力供給システム、特にTNおよびTT系統では、Dyn11結線トランスが積極的に普及・適用されています。

3. エネルギー貯蔵システムにおけるトランスの応用

エネルギーストレージシステムにおけるトランスフォーマーの核心的な役割は、電圧変換とエネルギー伝送の適応であり、エネルギーストレージバッテリー、コンバータ/インバータ、および電力網/負荷間での電圧レベルのマッチングを確保し、効率的かつ安全な充放電を可能にします。

電力網接続：パワーコンバージョンシステム（PCS）と共に動作するトランスフォーマーは、PCSからのAC電圧出力を電力網レベル（例えば10kV/35kV）に昇圧して電力網に接続するか、または放電時に電力網電圧をPCSと互換性のあるレベルに降圧します。また、DC成分が電力網に注入されることを防ぐためのDC絶縁も提供します。
内部電力分配：大規模エネルギーストレージ発電所では、トランスフォーマーは発電所トランスフォーマーとして機能し、高電圧の電力網電圧を低電圧（例えば0.4kV）に降圧して、エネルギーストレージバッテリクラスター、PCS補助システム、監視装置、その他の構成要素に安定した電力を供給します。
ユーザー側/マイクログリッドアプリケーション：ユーザー側のエネルギーストレージの場合、トランスフォーマーはエネルギーストレージシステムからの出力電圧をユーザー負荷と互換性のあるレベルに変換し、直接負荷に電力を供給することができます。マイクログリッドでは、異なる種類の分散型電源と負荷間でのエネルギー相互作用に対応するために電圧を柔軟に調整することも可能です。