Enerji depolama sistemlerinde kullanılan güç transformatörlerinin sınıflandırma tipleri ve uygulamaları nelerdir?

Güç dönüştürücüler, elektrik enerjisinin iletimini ve gerilim dönüşümünü gerçekleştiren güç sistemlerinde merkezi birincil ekipmandır. Elektromanyetik indüksiyon prensibi aracılığıyla, bir gerilim seviyesindeki AC gücünü başka bir veya birden fazla gerilim seviyesine dönüştürürler. İletim ve dağıtım sürecinde, "yukarı doğru iletim ve aşağı doğru dağıtım"da kritik bir rol oynarlar, aynı zamanda enerji depolama sistemlerinde gerilim yükseltme ve düşürme işlevlerini yerine getirerek etkili güç iletimini ve güvenli son kullanımını sağlarlar.

1. Güç Dönüştürücülerinin Sınıflandırılması

Güç dönüştürücüler, ana elektrik döngülerindeki birincil ekipmanlardır, ana fonksiyonları güç sistemlerinde elektrik enerjisinin gerilimini artırmak veya azaltmak, böylece elektrikti rasyonel bir şekilde iletmek, dağıtmak ve kullanmak için gerekli hale getirmektir. Tedarik ve dağıtım sistemlerindeki güç dönüştürücüler, farklı bakış açılarından sınıflandırılabilir.

Fonksiyona Göre: Gerilim yükseltme dönüştürücüleri ve gerilim düşürme dönüştürücüler olarak ayrılır. Uzun mesafe iletim ve dağıtım sistemlerinde, gerilim yükseltme dönüştürücüleri jeneratörler tarafından üretilen nispeten düşük gerilimi daha yüksek gerilim seviyelerine yükseltmek için kullanılır. Çeşitli kullanıcıları doğrudan sağlayan son subistasyonlarda ise gerilim düşürme dönüştürücüleri kullanılır.

Faz Sayısına Göre: Tek fazlı dönüştürücüler ve üç fazlı dönüştürücüler olarak sınıflandırılır. Üç fazlı dönüştürücüler, tedarik ve dağıtım sistemlerindeki subistasyonlarda yaygın olarak kullanılırken, tek fazlı dönüştürücüler genellikle özel küçük kapasiteli tek fazlı ekipmanlar için kullanılır.

Bobin Kablo Malzemesine Göre: Bakır sarılı dönüştürücüler ve alüminyum sarılı dönüştürücüler olarak ayrılır. Geçmişte Çin'deki çoğu fabrika subistasyonunda alüminyum sarılı dönüştürücüler kullanılıyordu, ancak şimdi düşük kayıp bakır sarılı dönüştürücüler, özellikle büyük kapasiteli bakır sarılı dönüştürücüler daha geniş uygulamaya sahip olmuştur.

Bobin Yapılarına Göre: İki bobinli dönüştürücüler, üç bobinli dönüştürücüler ve otodönüşücüler olmak üzere üç tip vardır. İki bobinli dönüştürücüler, bir gerilimde dönüşüm gerektiren yerlerde kullanılır; üç bobinli dönüştürücüler, iki gerilim dönüşümü gerektiren yerlerde, bir birincil bobin ve iki ikincil bobin ile kullanılır. Otodönüşücüler çoğunlukla laboratuvarlarda gerilim düzenleme amacıyla kullanılır.

Soğutma Yöntemine ve Bobin yalıtımına Göre: Yağlı dönüştürücüler ve kurutulmuş dönüştürücüler olarak sınıflandırılır. Yağlı dönüştürücüler, daha iyi yalıtım ve ısı verme performansı, daha düşük maliyet ve daha kolay bakım sunarak yaygın olarak benimsenmiştir. Ancak, yağların yanıcı olması nedeniyle, yanıcı, patlayıcı veya yüksek güvenlik gereklilikleri olan ortamlara uygun değildir. Kurutulmuş dönüştürücüler basit yapı, küçük boyut, hafif ağırlık, ateşten koruma, tozdan koruma ve nemden koruma özellikleri sunar. Aynı kapasitedeki yağlı dönüştürücülere göre daha pahalıdırlar ve yüksek yangın güvenlik gerekliliklerine sahip yerlerde, özellikle büyük binaların içindeki subistasyonlarda, yer altı subistasyonlarında ve enerji depolama sistemlerinde yaygın olarak kullanılırlar.

2. Güç Dönüştürücü Modelleri ve Bağlantı Grupları

Kapasite Standartları: Şu anda, Çin, IEC önerilerine dayalı R10 serisini güç dönüştürücü kapasitelerini belirlemek için kullanmaktadır, burada kapasite R10=¹⁰√10=1.26 katına artar. Yaygın kapasiteler arasında 100kVA, 125kVA, 160kVA, 200kVA, 250kVA, 315kVA, 400kVA, 500kVA, 630kVA, 800kVA, 1000kVA, 1250kVA, 1600kVA, 2000kVA, 2500kVA ve 3150kVA bulunur. 500kVA'nın altındaki dönüştürücüler küçük ölçekli, 630~6300kVA arasındaki orta ölçekli ve 8000kVA'nın üzerindeki büyük ölçekli olarak kabul edilir.

Bağlantı Grupları: Bir güç dönüştürücünün bağlantı grubu, birincil ve ikincil bobinlerin bağlantı yöntemini ve bu bobinlerin karşılıklı çizgi gerilimleri arasındaki faz ilişkisini ifade eder. Yaygın bağlantı grupları arasında Yyn0, Dyn11, Yzn11, Yd11 ve YNd11 bulunur. 6~10kV dağıtım dönüştürücülerinde (ikincil gerilim 220/380V), Yyn0 ve Dyn11 en sık kullanılan bağlantı gruplarıdır.

• Yyn0 Bağlantı Grubu: Birincil ve karşılıklı ikincil çizgi gerilimleri arasındaki faz ilişkisi, saat ve dakika iğnelerinin sıfır saati (12) konumuna benzer. Birincil bobin yıldız bağlantısı kullanırken, ikincil bobin de ortak bir nötr hatla yıldız bağlantısı kullanır. Devrede mevcut olabilecek 3n-ci harmonik akımlar ortak yüksek gerilim şebekesine enjekte edilecektir. Ayrıca, nötr hat akımı, faz hat akımının %25'inden fazla olmamalıdır. Bu nedenle, bu bağlantı yöntemi, ciddi şekilde dengesiz yükler veya belirgin 3n-ci harmonikler için uygun değildir. Ancak, Yyn0 bağlantı grubu, birincil bobin için daha düşük yalıtım gücü gerektirir (Dyn11 ile karşılaştırıldığında), bu da üretim maliyetlerini biraz daha düşük tutar. TN ve TT sistemlerinde, tek fazlı dengesiz akım nedeniyle oluşan nötr hat akımı, ikincil bobinin nominal akımının %25'inden fazla olmamak ve herhangi bir faz akımının tam yük altında nominal akımdan fazla olmamak koşuluyla, Yyn0 bağlantı grubu dönüştürücüler seçilebilir.

• Dyn11 Bağlantı Grubu: Birincil ve karşılıklı ikincil çizgi gerilimleri arasındaki faz ilişkisi, saat ve dakika iğnelerinin 11 saati konumuna benzer. Dyn11 bağlantı gruplarında, birincil bobin içinde dolaşım akımları oluşur, bu da yüksek dereceli harmonikleri baskılamak için kamu şebekesine enjeksiyonu önler. İkincil bobin, ortak bir nötr hatla yıldız bağlantısı kullanır ve belirtildiği gibi, nötr hat akımı, faz akımının %75'ine kadar olabilir. Bu nedenle, tek fazlı dengesiz akımları yönetme yeteneği, Yyn0 bağlantı grubu dönüştürücülerine kıyasla çok daha yüksektir. Özellikle TN ve TT sistemlerinde, modern güç tedarik sistemlerinde hızla artan tek fazlı yükler nedeniyle, Dyn11 bağlantılı dönüştürücüler büyük çapta teşvik edilmiş ve yaygın olarak uygulanmıştır.

3. Enerji Depolama Sistemlerinde Dönüştürücülerin Uygulaması

Enerji depolama sistemlerinde transformatörlerin temel rolü, voltaj dönüştürme ve enerji iletim uyumunu sağlamaktır. Bu, enerji depolama bataryaları, dönüştürücüler/dönüşüm cihazları ve elektrik şebekesi/yükler arasında voltaj seviyesinin uyumunu sağlar, böylece enerjinin etkili ve güvenli bir şekilde şarj ve deşarj edilmesini mümkün kılar.

• Şebeke Bağlantısı: Güç Dönüştürme Sistemleri (PCS) ile birlikte çalışırken, transformatörler PCS'den gelen AC voltajı şebekeye bağlanmak üzere şebeke seviyesine (örneğin 10kV/35kV) yükseltir veya deşarj sırasında şebeke voltajını PCS'ye uygun seviyeye düşürür. Ayrıca DC bileşenlerin şebekeye enjekte olmaması için DC yalıtımı sağlar.

• İç Güç Dağıtımı: Büyük ölçekli enerji depolama santrallerinde, transformatörler santral transformatörü olarak görev yaparak yüksek voltajlı şebeke voltajını düşük voltaja (örneğin 0.4kV) düşürerek, enerji depolama batarya kümeleri, PCS yardımcı sistemleri, izleme ekipmanları ve diğer bileşenler için istikrarlı güç sağlar.

• Kullanıcı Taraflı/Mikro Ağı Uygulamaları: Kullanıcı tarafı enerji depolama için, transformatörler enerji depolama sistemlerinin çıkış voltajını kullanıcı yükleriyle uyumlu seviyelere dönüştürerek doğrudan yüklerine güç sağlayabilir. Mikro ağlarda, farklı türde dağıtılmış güç kaynakları ve yükler arasındaki enerji etkileşimlerine uyum sağlamak için de voltajı esnek bir şekilde düzenleyebilirler.