전력 변압기의 분류 유형과 에너지 저장 시스템에서의 응용은 무엇인가요?

전력 변압기는 전력 시스템에서 전기 에너지의 송전과 전압 변환을 실현하는 핵심 일차 장비입니다. 전자기 유도 원리를 통해 하나의 전압 수준의 교류 전력을 다른 또는 여러 전압 수준으로 변환합니다. 송전 및 배전 과정에서 "상승 송전 및 하강 배전"에 중요한 역할을 하며, 에너지 저장 시스템에서는 전압 상승 및 하강 기능을 수행하여 효율적인 전력 송전과 안전한 최종 사용을 보장합니다.

1. 전력 변압기의 분류

전력 변압기는 변전소에서의 주요 일차 장비로, 그 주요 기능은 전력 시스템에서 전기 에너지의 전압을 증가시키거나 감소시켜 전력의 합리적인 송전, 배전, 그리고 이용을 가능하게 하는 것입니다. 공급 및 배전 시스템에서의 전력 변압기는 다양한 관점에서 분류될 수 있습니다.

기능별: 상승 변압기와 하강 변압기로 나뉩니다. 장거리 송전 및 배전 시스템에서는 발전기에 의해 생성된 상대적으로 낮은 전압을 더 높은 전압 수준으로 증가시키는 데 상승 변압기가 사용됩니다. 다양한 사용자에게 직접 공급하는 종단 변전소에서는 하강 변압기를 사용합니다.

상수별: 단상 변압기와 삼상 변압기로 분류됩니다. 삼상 변압기는 전력 공급 및 배전 시스템의 변전소에서 널리 사용되며, 단상 변압기는 일반적으로 전용 소형 단상 장비에 사용됩니다.

감전 도체 재료별: 구리 감전 변압기와 알루미늄 감전 변압기로 나뉩니다. 과거에는 중국의 대부분의 공장 변전소에서 알루미늄 감전 변압기를 사용했지만, 이제 저손실 구리 감전 변압기, 특히 대용량 구리 감전 변압기가 더 넓게 적용되고 있습니다.

감전 구조별: 두 가지 감전 변압기, 세 가지 감전 변압기, 자동 변압기 세 가지 유형이 존재합니다. 두 가지 감전 변압기는 한 가지 전압 변환을 필요로 하는 장소에서 사용되며, 세 가지 감전 변압기는 두 가지 전압 변환이 필요한 경우에 사용되며, 하나의 일차 감전과 두 개의 이차 감전을 특징으로 합니다. 자동 변압기는 주로 실험실에서 전압 조절을 위해 사용됩니다.

냉각 방법 및 감전 절연별: 유변 변압기와 건식 변압기로 분류됩니다. 유변 변압기는 더 나은 절연 및 열 방출 성능, 낮은 비용, 쉬운 유지보수를 제공하여 널리 채택되고 있습니다. 그러나 유의 가연성 때문에, 가연성, 폭발성, 또는 고안전 요구 환경에는 적합하지 않습니다. 건식 변압기는 간단한 구조, 작은 크기, 경량이며, 방화, 먼지 방지, 습기 저항성이 있습니다. 동일 용량의 유변 변압기보다 비싸지만, 특히 대형 건물 내의 변전소, 지하 변전소, 에너지 저장 시스템에서 널리 사용됩니다.

2. 전력 변압기 모델 및 연결 그룹

용량 표준: 현재 중국은 IEC 권장 R10 시리즈를 채택하여 전력 변압기 용량을 결정하고 있으며, 여기서 용량은 R10=¹⁰√10=1.26의 배수로 증가합니다. 일반적인 등급은 100kVA, 125kVA, 160kVA, 200kVA, 250kVA, 315kVA, 400kVA, 500kVA, 630kVA, 800kVA, 1000kVA, 1250kVA, 1600kVA, 2000kVA, 2500kVA, 3150kVA입니다. 500kVA 미만의 변압기는 소형, 630~6300kVA 사이의 변압기는 중형, 8000kVA 이상의 변압기는 대형으로 분류됩니다.

연결 그룹: 전력 변압기의 연결 그룹은 일차 및 이차 감전의 연결 방법과 일차 및 이차 선 전압 사이의 상응하는 위상 관계를 말합니다. 일반적인 연결 그룹은 Yyn0, Dyn11, Yzn11, Yd11, YNd11입니다. 6~10kV 배전 변압기(이차 전압 220/380V)의 경우, Yyn0와 Dyn11이 두 가지 주로 사용되는 연결 그룹입니다.

• Yyn0 연결 그룹: 일차와 해당 이차 선 전압 사이의 위상 관계는 시간과 분침이 0시(12시)에 있는 위치와 유사합니다. 일차 감전은 별형 연결을 사용하며, 이차 감전은 중성선을 포함한 별형 연결을 사용합니다. 회로에서 발생할 수 있는 3n번째 고조파 전류는 공동 고압 그리드에 주입됩니다. 또한, 중성선 전류는 상선 전류의 25%를 초과해서는 안 됩니다. 따라서 이 연결 방법은 불균형 부하가 심하거나 3n번째 고조파가 명백한 응용에는 적합하지 않습니다. 그러나 Yyn0 연결 그룹은 일차 감전의 절연 강도가 (Dyn11과 비교하여) 낮아 제조 비용이 약간 낮습니다. TN 및 TT 시스템에서, 단일 상 불균형 전류로 인한 중성선 전류가 이차 감전의 정격 전류의 25%를 초과하지 않으며, 어느 한 상의 전류가 만부하 상태에서 정격 전류를 초과하지 않을 때 Yyn0 연결 그룹 변압기를 선택할 수 있습니다.

• Dyn11 연결 그룹: 일차와 해당 이차 선 전압 사이의 위상 관계는 시간과 분침이 11시에 있는 위치와 유사합니다. Dyn11 연결 그룹에서는 일차 감전에서 순환 전류가 형성되어 공공 그리드로 주입되는 것을 방지하고, 고차 고조파를 억제합니다. 이차 감전은 중성선을 포함한 별형 연결을 사용하며, 규격에 따르면 중성선 전류는 상 전류의 75%까지 허용됩니다. 따라서 단일 상 불균형 전류 처리 능력은 Yyn0 연결 그룹 변압기보다 훨씬 큽니다. 특히 TN 및 TT 시스템에서 빠르게 증가하는 단일 상 부하를 가진 현대 전력 공급 시스템에서, Dyn11 연결 변압기는 적극적으로 보급되고 널리 적용되고 있습니다.

3. 에너지 저장 시스템에서의 변압기의 응용

변압기의 에너지 저장 시스템에서의 핵심 역할은 전압 변환과 에너지 전송 적응을 담당하며, 에너지 저장 배터리, 변환기/인버터, 그리고 전력망/부하 간의 전압 수준 일치를 보장하여 효율적이고 안전한 충전 및 방전이 가능하게 합니다.

• 그리드 연결: 전력 변환 시스템(PCS)과 함께 작업하면서, 변압기는 PCS로부터 출력된 교류 전압을 그리드 수준(예: 10kV/35kV)으로 상승시켜 그리드에 연결하거나 방전 중에는 그리드 전압을 PCS와 호환되는 수준으로 하락시킵니다. 또한 DC 성분이 그리드로 주입되는 것을 방지하기 위해 DC 절연을 제공합니다.

• 내부 전력 분배: 대규모 에너지 저장 발전소에서는 변압기가 발전소 변압기로서 고전압 그리드 전압을 저전압(예: 0.4kV)으로 하락시키며, 이를 통해 에너지 저장 배터리 클러스터, PCS 보조 시스템, 모니터링 장비 등 기타 구성 요소에 안정적인 전력을 공급합니다.

• 사용자 측/마이크로그리드 응용: 사용자 측 에너지 저장에서는 변압기가 에너지 저장 시스템의 출력 전압을 사용자 부하와 호환되는 수준으로 변환하여 직접 부하에 전력을 공급할 수 있습니다. 마이크로그리드에서는 다양한 종류의 분산 전원과 부하 간의 에너지 상호 작용에 맞게 전압을 유연하게 조절할 수도 있습니다.