Jakie są klasyfikacje transformatorów elektrycznych i ich zastosowania w systemach magazynowania energii
Transformatory mocy są kluczowym podstawowym sprzętem w systemach energetycznych, które umożliwiają transmisję energii elektrycznej i konwersję napięcia. Dzięki zasądze elektromagnetycznej indukcji przekształcają one prąd przemienny jednego poziomu napięcia na inny lub wiele poziomów napięcia. W procesie transmisji i dystrybucji odgrywają kluczową rolę w „podwyższeniu napięcia do transmisji i obniżeniu napięcia do dystrybucji”, a w systemach magazynowania energii wykonują funkcje podwyższania i obniżania napięcia, zapewniając efektywną transmisję energii i bezpieczne końcowe użycie.
1. Klasyfikacja transformatorów mocy
Transformatory mocy są kluczowym podstawowym sprzętem w stacjach transformatorowych, ich główną funkcją jest podwyższenie lub obniżenie napięcia energii elektrycznej w systemach energetycznych, aby umożliwić racjonalną transmisję, dystrybucję i wykorzystanie energii. Transformatory mocy w systemach zaopatrzenia i dystrybucji mogą być klasyfikowane z różnych perspektyw.
Ze względu na funkcję: Podzielone na transformatory podwyższające i obniżające napięcie. W długodystansowej transmisji i dystrybucji transformatory podwyższające napięcie są używane do zwiększenia względnie niskiego napięcia generowanego przez generatory do wyższych poziomów napięcia. Dla końcowych stacji transformatorowych, które bezpośrednio zaopatrują różne użytkowników, stosuje się transformatory obniżające napięcie.
Ze względu na liczbę faz: Klasyfikowane jako transformatory jednofazowe i trójfazowe. Transformatory trójfazowe są szeroko stosowane w stacjach transformatorowych systemów zaopatrzenia i dystrybucji, podczas gdy transformatory jednofazowe są ogólnie używane dla dedykowanego małej pojemności sprzętu jednofazowego.
Ze względu na materiał przewodnika cewki: Podzielone na transformatory o cewkach miedzianych i aluminiowych. W przeszłości większość zakładów w Chinach używała transformatorów o cewkach aluminiowych, ale teraz niskostratowe transformatory o cewkach miedzianych, szczególnie dużej pojemności, zdobyły szersze zastosowanie.
Ze względu na konfigurację cewek: Istnieją trzy typy: transformatory dwucewkowe, trójcewkowe i autotransformatory. Transformatory dwucewkowe są używane w miejscach wymagających przekształcenia jednego napięcia; transformatory trójcewkowe są używane tam, gdzie potrzebne są dwie transformacje napięcia, mając jedną cewkę pierwotną i dwie wtórne. Autotransformatory są najczęściej stosowane w laboratoriach do regulacji napięcia.
Ze względu na metodę chłodzenia i izolację cewek: Klasyfikowane jako transformatory olejowe i suche. Transformatory olejowe oferują lepszą izolację i odprowadzanie ciepła, niższe koszty i łatwiejszą konserwację, co sprawia, że są szeroko stosowane. Jednak ze względu na palność oleju nie są odpowiednie dla środowisk łatwopalnych, wybuchowych lub wymagających wysokiego bezpieczeństwa. Transformatory suche mają prostszą konstrukcję, mniejsze rozmiary, są lżejsze, ogniotrwałe, pyłoodporne i wilgotnośoodporne. Są droższe niż transformatory olejowe tej samej pojemności i są szeroko stosowane w miejscach o wysokim bezpieczeństwie przeciwpożarowym, zwłaszcza w stacjach transformatorowych w dużych budynkach, podziemnych stacjach transformatorowych i systemach magazynowania energii.
2. Modele transformatorów mocy i grupy połączeń
Standardy pojemności: Obecnie Chiny przyjmują zalecane przez IEC serie R10 do określania pojemności transformatorów mocy, gdzie pojemność zwiększa się wielokrotnie R10=¹⁰√10=1.26. Powszechne wartości to 100kVA, 125kVA, 160kVA, 200kVA, 250kVA, 315kVA, 400kVA, 500kVA, 630kVA, 800kVA, 1000kVA, 1250kVA, 1600kVA, 2000kVA, 2500kVA i 3150kVA. Transformatory poniżej 500kVA są uważane za małe, te między 630~6300kVA za średnie, a powyżej 8000kVA za duże.
Grupy połączeń: Grupa połączeń transformatora mocy odnosi się do rodzaju metody połączenia cewek pierwotnej i wtórnej oraz odpowiadającego im związku fazowego między napięciami liniowymi pierwotnymi i wtórnymi. Powszechne grupy połączeń to Yyn0, Dyn11, Yzn11, Yd11 i YNd11. Dla transformatorów dystrybucyjnych 6~10kV (z napięciem wtórnym 220/380V) dwie często stosowane grupy połączeń to Yyn0 i Dyn11.
Grupa połączeń Yyn0: Związek fazowy między napięciami liniowymi pierwotnymi a odpowiadającymi im napięciami liniowymi wtórnymi przypomina pozycję wskazówek godzin i minut na zero (12). Cewka pierwotna jest połączona w gwiazdę, podczas gdy cewka wtórna jest połączona w gwiazdę z linią neutralną. Harmoniczne trzeciego rzędu, które mogą występować w obwodzie, zostaną wprowadzone do wspólnych sieci napięcia wysokiego. Dodatkowo, prąd liniowy neutralny jest określony, aby nie przekraczał 25% prądu fazy. Dlatego ta metoda połączenia nie jest odpowiednia dla zastosowań z silnie nierównomiernym obciążeniem lub wyraźnymi harmonikami trzeciego rzędu. Jednak grupa połączeń Yyn0 wymaga niższej siły izolacji dla cewki pierwotnej (w porównaniu z Dyn11), co skutkuje nieco niższymi kosztami produkcji. W systemach TN i TT, transformatory z grupą połączeń Yyn0 mogą być wybierane, gdy prąd liniowy neutralny spowodowany jednofazowym niezbalansowanym prądem nie przekracza 25% nominalnego prądu cewki wtórnej, a prąd w każdej fazie nie przekracza nominalnego prądu przy pełnym obciążeniu.
Grupa połączeń Dyn11: Związek fazowy między napięciami liniowymi pierwotnymi a odpowiadającymi im napięciami liniowymi wtórnymi przypomina pozycję wskazówek godzin i minut na 11. W grupach połączeń Dyn11, powstają prądy cyrkulacyjne w cewce pierwotnej, co zapobiega wprowadzeniu do publicznej sieci i zapewnia tłumienie wyższych harmonik. Cewka wtórna jest połączona w gwiazdę z linią neutralną, a według specyfikacji, prąd liniowy neutralny może osiągnąć do 75% prądu fazy. Dlatego jej zdolność do obsługi jednofazowych niezbalansowanych prądów jest znacznie większa niż transformatorów z grupą połączeń Yyn0. W nowoczesnych systemach zaopatrzenia z szybko rosnącymi jednofazowymi obciążeniami, szczególnie w systemach TN i TT, transformatory z grupą połączeń Dyn11 są szeroko promowane i stosowane.
3. Zastosowanie transformatorów w systemach magazynowania energii
Podstawową rolą transformatorów w systemach magazynowania energii jest przekształcanie napięcia i dostosowywanie transmisji energii, zapewniając dopasowanie poziomu napięcia między bateriami magazynującymi energię, konwerterami/inwerterami a siecią/obciążeniami, co umożliwia efektywne i bezpieczne ładowanie i rozładowywanie energii.
Połączenie z siecią: Współpracując z Systemami Konwersji Mocy (PCS), transformatory podnoszą napięcie AC wyjściowe z PCS do poziomu sieci (np. 10kV/35kV) dla połączenia z siecią, lub obniżają napięcie sieci do poziomów kompatybilnych z PCS podczas rozładowywania. Zapewniają również izolację DC, aby zapobiec wprowadzaniu składowych DC do sieci.
Wewnętrzna dystrybucja mocy: W dużych stacjach magazynowania energii, transformatory działają jako stacyjne transformatory, obniżając wysokie napięcie sieci do niskiego napięcia (np. 0,4kV) w celu zapewnienia stabilnej mocy dla klastrów baterii magazynujących energię, systemów wspomagających PCS, urządzeń monitorujących i innych komponentów.
Zastosowania użytkownika/mikrosieci: Dla magazynowania energii użytkownika, transformatory mogą przekształcać napięcie wyjściowe systemów magazynowania energii do poziomów kompatybilnych z obciążeniami użytkownika, bezpośrednio zaopatrując obciążenia w energię. W mikrosieciach mogą również elastycznie regulować napięcie, aby dostosować się do interakcji energetycznych między różnymi typami źródeł rozproszonej mocy i obciążeniami.
