Які є типи класифікації електроперетворювачів та їх застосування в системах зберігання енергії
Електроперетворювачі є ключовим первинним обладнанням у електроенергетичних системах, які забезпечують передачу електроенергії та перетворення напруги. За принципом електромагнітної індукції вони перетворюють черговий струм одного рівня напруги на інший або кілька рівнів напруги. У процесі передачі та розподілу вони відіграють ключову роль у «підвищення напруги для передачі та зниження напруги для розподілу», а в системах зберігання енергії виконують функції підвищення та зниження напруги, забезпечуючи ефективну передачу енергії та безпечне її використання.
1. Класифікація електроперетворювачів
Електроперетворювачі є ключовим первинним обладнанням у підстанціях, основна функція яких полягає у підвищенні або зниженні напруги електроенергії в електроенергетичних системах для раціональної передачі, розподілу та використання електроенергії. Електроперетворювачі в системах живлення та розподілу можна класифікувати з різних точок зору.
За функцією: Поділяються на підвищувальні та знижувальні перетворювачі. У системах дальнього зв'язку та розподілу підвищувальні перетворювачі використовуються для підвищення відносно низької напруги, генерованої генераторами, до більш високих рівнів напруги. Для термінальних підстанцій, які безпосередньо живлять різні користувачі, використовуються знижувальні перетворювачі.
За кількістю фаз: Класифікуються як однофазні та трифазні перетворювачі. Трифазні перетворювачі широко використовуються у підстанціях систем живлення та розподілу, тоді як однофазні перетворювачі зазвичай використовуються для спеціалізованих малих однофазних пристроїв.
За матеріалом провідників обмоток: Поділяються на медні та алюмінієві перетворювачі. В минулому більшість заводських підстанцій в Китаї використовували алюмінієві перетворювачі, але зараз низьковтратні медні перетворювачі, особливо великі медні перетворювачі, отримали ширше застосування.
За конфігурацією обмоток: Існують три типи: двообмоткові, триобмоткові та автотрансформатори. Двообмоткові перетворювачі використовуються там, де потрібне перетворення однієї напруги; триобмоткові перетворювачі використовуються там, де потрібне два перетворення напруги, маючи одну первинну обмотку та дві вторинні обмотки. Автотрансформатори переважно використовуються в лабораторіях для регулювання напруги.
За методом охолодження та ізоляцією обмоток: Класифікуються як маслонаповнені та сухі перетворювачі. Маслонаповнені перетворювачі мають кращі властивості ізоляції та теплообміну, нижчу вартість та простішу обслуговування, завдяки чому вони широко прийняті. Однак через пожежну небезпеку масла, вони не підходять для пожежно-небезпечних, вибухонебезпечних або високобезпечних середовищ. Сухі перетворювачі мають просту конструкцію, невеликий розмір, легку вагу, пожежонебезпечні, пилонебезпечні та водонепроникні. Вони дорожчі за маслонаповнені перетворювачі такої ж місткості і широко використовуються в пожежно-небезпечних місцях, особливо в підстанціях великих будівель, підземних підстанціях та системах зберігання енергії.
2. Моделі та групи з'єднання електроперетворювачів
Стандарти місткості: На даний момент Китай приймає рекомендовану IEC серію R10 для визначення місткості електроперетворювачів, де місткість збільшується у кратному відношенні R10=¹⁰√10=1.26. Поширені стандарти включають 100 кВА, 125 кВА, 160 кВА, 200 кВА, 250 кВА, 315 кВА, 400 кВА, 500 кВА, 630 кВА, 800 кВА, 1000 кВА, 1250 кВА, 1600 кВА, 2000 кВА, 2500 кВА та 3150 кВА. Перетворювачі нижче 500 кВА вважаються малими, між 630~6300 кВА — середніми, а понад 8000 кВА — великими.
Групи з'єднання: Група з'єднання електроперетворювача вказує на тип з'єднання первинних та вторинних обмоток та відповідні фазові відношення між лінійними напругами первинного та вторинного контурів. Поширені групи з'єднання включають Yyn0, Dyn11, Yzn11, Yd11 та YNd11. Для перетворювачів живлення 6~10 кВ (з вторинною напругою 220/380 В) Yyn0 та Dyn11 є двома найпоширенішими групами з'єднання.
Група з'єднання Yyn0: Фазове відношення між первинною та відповідною вторинною лінійною напругою подібне до положення годинникової та хвилинної стрілок о 0 годині (12 годин). Первина обмотка використовує зірчасте з'єднання, тоді як вторина обмотка використовує зірчасте з'єднання з нейтральною лінією. Поточні гармоніки 3n-го порядку, які можуть бути присутні в цепі, будуть вводитися в загальну високовольтню мережу. Додатково, струм нейтральної лінії визначено не повинен перевищувати 25% струму фазової лінії. Тому цей спосіб з'єднання не підходить для застосувань з сильно незбалансованими навантаженнями або видатними гармоніками 3n-го порядку. Проте, група з'єднання Yyn0 вимагає нижчої ізоляційної міцності для первинної обмотки (порівняно з Dyn11), що призводить до трохи нижчих виробничих витрат. У системах TN та TT, перетворювачі з групою з'єднання Yyn0 можна вибирати, коли струм нейтральної лінії, спричинений однофазним незбалансованим струмом, не перевищує 25% номінального струму вторинної обмотки, і струм у будь-якій фазі не перевищує номінальний струм при повному навантаженні.
Група з'єднання Dyn11: Фазове відношення між первинною та відповідною вторинною лінійною напругою подібне до положення годинникової та хвилинної стрілок о 11 годині. У групі з'єднання Dyn11, циркулярні струми формуються в первинній обмотці, що запобігає їх введенню в загальну мережу та забезпечує пригнічення вищих гармонік. Вторина обмотка використовує зірчасте з'єднання з нейтральною лінією, і за специфікаціями, струм нейтральної лінії може досягати до 75% струму фази. Тому її здатність обробляти однофазні незбалансовані струми набагато більша, ніж у перетворювачів з групою з'єднання Yyn0. Для сучасних систем живлення з швидким зростанням однофазних навантажень, особливо в системах TN та TT, перетворювачі з групою з'єднання Dyn11 активно пропагуються та широко застосовуються.
3. Застосування перетворювачів у системах зберігання енергії
Основна роль трансформаторів в системах зберігання енергії полягає у перетворенні напруги та адаптації передачі енергії, забезпечуючи відповідність рівнів напруги між акамуляторами зберігання енергії, конвертерами/інверторами та електромережею/споживачами, що дозволяє ефективне та безпечне заряджання та розряджання енергії.
Підключення до мережі: Робота разом із системами перетворення енергії (PCS), трансформатори підвищують напругу струму переменного струму, виведеного з PCS, до рівня мережі (наприклад, 10кВ/35кВ) для підключення до мережі, або знижують напругу мережі до рівнів, сумісних з PCS, під час розрядження. Вони також забезпечують DC-ізоляцію, щоб запобігти введенню DC-компонентів до мережі.
Внутрішнє розподілення енергії: У великимасштабних електростанціях зберігання енергії, трансформатори виступають як станційні трансформатори, знижуючи високу напругу мережі до низької напруги (наприклад, 0,4кВ) для забезпечення стабільної енергії для кластерів акамуляторів зберігання енергії, допоміжних систем PCS, обладнання моніторингу та інших компонентів.
Застосування на стороні користувача/мікроелектромережі: Для систем зберігання енергії на стороні користувача, трансформатори можуть перетворювати вихідну напругу систем зберігання енергії на рівні, сумісний з навантаженнями користувача, безпосередньо постачаючи енергію до навантажень. У мікроелектромережах вони також можуть гнучко регулювати напругу для адаптації до взаємодії енергії між різними типами розподілених джерел енергії та навантажень.
