Wat zijn de classificatietypes van elektrische transformatoren en hun toepassingen in energieopslagsystemen?

Kransformatoren zijn kernprimaire apparatuur in elektriciteitsnetwerken die de transmissie en spanningsconversie van elektrische energie realiseren. Door het principe van elektromagnetische inductie zetten ze wisselstroom van één spanningniveau om naar een of meerdere spanningniveaus. Tijdens de transmissie en distributie spelen ze een cruciale rol in "opstuwen voor transmissie en afstuwen voor distributie", terwijl in energieopslagsystemen ze stapschakelingen uitvoeren om efficiënte energietransmissie en veilig eindgebruik te waarborgen.

1. Classificatie van kransformatoren

Kransformatoren zijn belangrijke primaire apparatuur in onderstations, met als hoofdfunctie het verhogen of verlagen van de spanning van elektrische energie in elektriciteitsnetwerken om een rationele transmissie, distributie en gebruik van elektriciteit mogelijk te maken. Kransformatoren in leverings- en distributiesystemen kunnen op verschillende manieren worden ingedeeld.

Volgens functie: Onderverdeeld in opstuwingstransformatoren en afstuwingstransformatoren. In langeafstandstransmissie- en distributiesystemen worden opstuwingstransformatoren gebruikt om de relatief lage spanning die door generatoren wordt opgewekt, te verhogen naar hogere spanningniveaus. Voor eindonderstations die direct diverse gebruikers bevoorraden, worden afstuwingstransformatoren toegepast.

Volgens faseaantal: Geclassificeerd als enkelvoudige-fasetransformatoren en driefasetransformatoren. Driefasetransformatoren worden breed gebruikt in onderstations van elektriciteitslevering- en distributiesystemen, terwijl enkelvoudige-fasetransformatoren doorgaans worden gebruikt voor specifieke kleine-capaciteit enkelvoudige-faseapparatuur.

Volgens windinggeleidermateriaal: Onderverdeeld in koperwikkels en aluminiumwikkels. In het verleden werden in China voornamelijk aluminiumwikkels gebruikt in fabrieksonderstations, maar tegenwoordig hebben laagverlies koperwikkels, vooral grote-capaciteit koperwikkels, bredere toepassing gevonden.

Volgens windingconfiguratie: Bestaan er drie soorten: twee-windingtransformatoren, drie-windingtransformatoren en autotransformatoren. Twee-windingtransformatoren worden gebruikt op plaatsen waar één spanningstransformatie vereist is; drie-windingtransformatoren worden gebruikt waar twee spanningstransformaties nodig zijn, met één primaire winding en twee secundaire windingen. Autotransformatoren worden meestal gebruikt in laboratoria voor spanningregeling.

Volgens koelmethode en windingisolatie: Geclassificeerd als oliegedrenkte transformatoren en drogetransformatoren. Oliegedrenkte transformatoren bieden betere isolatie- en warmteafvoerprestaties, lagere kosten en gemakkelijker onderhoud, waardoor ze breed geaccepteerd zijn. Echter, vanwege de brandbaarheid van olie, zijn ze niet geschikt voor brandbare, explosieve of hoge-veiligheidsvereisten omgevingen. Drogetransformatoren hebben een eenvoudige structuur, klein formaat, licht gewicht en zijn brandveilig, stofbestendig en vochtbestendig. Ze zijn duurder dan oliegedrenkte transformatoren van dezelfde capaciteit en worden breed toegepast in hoog brandveilige locaties, vooral in onderstations binnen grote gebouwen, ondergrondse onderstations en energieopslagsystemen.

2. Modelnummers en verbindinggroepen van kransformatoren

Capaciteitsnormen: Momenteel neemt China de door de IEC aanbevolen R10-reeks over om de capaciteit van kransformatoren te bepalen, waarbij de capaciteit in veelvouden van R10=¹⁰√10=1,26 toeneemt. Algemene nominale waarden omvatten 100kVA, 125kVA, 160kVA, 200kVA, 250kVA, 315kVA, 400kVA, 500kVA, 630kVA, 800kVA, 1000kVA, 1250kVA, 1600kVA, 2000kVA, 2500kVA, en 3150kVA. Transformatoren onder 500kVA worden beschouwd als klein, die tussen 630~6300kVA als middelgroot, en die boven 8000kVA als groot.

Verbindinggroepen: De verbindinggroep van een kransformator verwijst naar het type verbinding dat wordt gebruikt voor de primaire en secundaire windingen en de bijbehorende fasenrelatie tussen de primaire en secundaire lijnspanningen. Algemene verbindinggroepen omvatten Yyn0, Dyn11, Yzn11, Yd11, en YNd11. Voor 6~10kV distributietransformatoren (met secundaire spanning van 220/380V) zijn Yyn0 en Dyn11 de twee meest gebruikte verbindinggroepen.

• Yyn0 verbindinggroep: De fasenrelatie tussen de primaire en de bijbehorende secundaire lijnspanningen lijkt op de positie van de uur- en minutenwijzers op nul uur (12 uur). De primaire winding maakt gebruik van een ster-verbinding, terwijl de secundaire winding een ster-verbinding met een neutrale lijn gebruikt. De mogelijke 3n-de harmonische stromen in het circuit worden in het openbare hoogspanningsnetwerk ingespoten. Bovendien is de neutrale lijnstroom gespecificeerd om niet meer dan 25% van de fasenlijnstroom te overschrijden. Daarom is deze verbindingmethode ongeschikt voor toepassingen met ernstig onevenwichtig belast of prominent 3n-de harmonischen. Echter, de Yyn0 verbindinggroep vereist een lagere isolatiesterkte voor de primaire winding (in vergelijking met Dyn11), wat resulteert in iets lagere productiekosten. In TN en TT-systemen kunnen Yyn0 verbindinggroep transformatoren worden geselecteerd wanneer de neutrale lijnstroom veroorzaakt door een enkele fase-onevenwichtige stroom niet meer dan 25% van de genoemde stroom van de secundaire winding overschrijdt, en de stroom in elke fase niet meer dan de nominale stroom bij volle belasting overschrijdt.

• Dyn11 verbindinggroep: De fasenrelatie tussen de primaire en de bijbehorende secundaire lijnspanningen lijkt op de positie van de uur- en minutenwijzers op 11 uur. Bij Dyn11 verbindinggroepen vormen circulerende stromen zich in de primaire winding, waardoor injectie in het openbare netwerk wordt voorkomen en hogere harmonische onderdrukking wordt geboden. De secundaire winding maakt gebruik van een ster-verbinding met een neutrale lijn, en volgens specificaties mag de neutrale lijnstroom tot 75% van de fasenstroom bedragen. Daarom is de vermogen om enkele fase-onevenwichtige stromen te verwerken aanzienlijk groter dan bij Yyn0 verbindinggroep transformatoren. Voor moderne elektriciteitsleveringssystemen met snel toenemende enkele fasebelastingen, vooral in TN en TT-systemen, zijn Dyn11-verbonden transformatoren sterk bevorderd en breed toegepast.

3. Toepassing van transformatoren in energieopslagsystemen

De kernfunctie van transformatoren in energieopslagsystemen is spanningsomzetting en aanpassing van energieoverdracht, waardoor er een overeenkomstige spanning wordt gewaarborgd tussen de opslagbatterijen, converters/inverters en het elektriciteitsnet/ladingen. Dit stelt efficiënte en veilige lading en ontlading van energie mogelijk.

• Aansluiting op het net: Samenwerking met krachtconversiesystemen (PCS) zorgt ervoor dat transformatoren de AC-spanning die uit de PCS komt verhogen naar netniveau (zoals 10kV/35kV) voor aansluiting op het net, of de netspanning verlagen tot niveaus die compatibel zijn met de PCS tijdens ontlading. Ze bieden ook DC-isolatie om te voorkomen dat DC-componenten in het net worden geïnjecteerd.

• Interne energieverdeling: In grote energieopslagelektriciteitscentrales dienen transformatoren als stationsversterkers, waarbij ze de hoge netspanning reduceren naar een lage spanning (zoals 0,4kV) om stabiele energie te leveren aan clusters van opslagbatterijen, PCS-auxiliaire systemen, bewakingsapparatuur en andere componenten.

• Toepassingen voor eindgebruikers/microgrids: Voor opslagenergie aan de kant van de gebruiker kunnen transformatoren de uitgangsspanning van energieopslagsystemen omzetten naar niveaus die compatibel zijn met de ladingen van de gebruiker, waarmee directe energietoevoer aan de ladingen mogelijk wordt gemaakt. In microgrids kunnen ze ook flexibel de spanning regelen om aan te passen aan de energieinteracties tussen verschillende soorten gedistribueerde energiebronnen en ladingen.