Các loại phân loại của máy biến áp điện và ứng dụng của chúng trong hệ thống lưu trữ năng lượng là gì?

Biến áp điện là thiết bị chính trong hệ thống điện thực hiện truyền tải năng lượng điện và chuyển đổi điện áp. Thông qua nguyên lý cảm ứng điện từ, chúng chuyển đổi điện xoay chiều ở một mức điện áp thành một hoặc nhiều mức điện áp khác. Trong quá trình truyền tải và phân phối, chúng đóng vai trò quan trọng trong "nâng cao truyền tải và hạ thấp phân phối", trong khi trong hệ thống lưu trữ năng lượng, chúng thực hiện chức năng nâng cao và hạ thấp điện áp, đảm bảo truyền tải năng lượng hiệu quả và sử dụng cuối cùng an toàn.

1. Phân loại Biến áp Điện

Biến áp điện là thiết bị chính trong trạm biến áp, với chức năng chính là tăng hoặc giảm điện áp của năng lượng điện trong hệ thống điện để thuận tiện cho việc truyền tải, phân phối và sử dụng điện hợp lý. Biến áp điện trong hệ thống cung cấp và phân phối có thể được phân loại theo nhiều góc độ khác nhau.

Theo Chức năng: Được chia thành biến áp tăng áp và biến áp giảm áp. Trong hệ thống truyền tải và phân phối đường dài, biến áp tăng áp được sử dụng để tăng điện áp tương đối thấp do máy phát điện tạo ra lên mức điện áp cao hơn. Đối với các trạm biến áp cuối cùng trực tiếp cung cấp cho các người dùng khác nhau, biến áp giảm áp được sử dụng.

Theo Số Pha: Được phân loại thành biến áp một pha và biến áp ba pha. Biến áp ba pha được sử dụng rộng rãi trong các trạm biến áp của hệ thống cung cấp và phân phối điện, trong khi biến áp một pha thường được sử dụng cho thiết bị một pha công suất nhỏ chuyên dụng.

Theo Vật liệu Dây Cuộn: Được chia thành biến áp cuộn dây đồng và biến áp cuộn dây nhôm. Trong quá khứ, hầu hết các trạm biến áp nhà máy ở Trung Quốc sử dụng biến áp cuộn dây nhôm, nhưng hiện nay, biến áp cuộn dây đồng ít hao tổn, đặc biệt là biến áp cuộn dây đồng công suất lớn, đã được áp dụng rộng rãi hơn.

Theo Cấu hình Dây Cuộn: Có ba loại: biến áp hai cuộn dây, biến áp ba cuộn dây và biến áp tự động. Biến áp hai cuộn dây được sử dụng ở nơi cần chuyển đổi một mức điện áp; biến áp ba cuộn dây được sử dụng khi cần hai lần chuyển đổi điện áp, có một cuộn dây sơ cấp và hai cuộn dây thứ cấp. Biến áp tự động chủ yếu được sử dụng trong phòng thí nghiệm để điều chỉnh điện áp.

Theo Phương pháp Làm Mát và Cách điện Dây Cuộn: Được phân loại thành biến áp ngâm dầu và biến áp khô. Biến áp ngâm dầu có khả năng cách điện và tản nhiệt tốt hơn, chi phí thấp hơn và dễ bảo dưỡng, nên được áp dụng rộng rãi. Tuy nhiên, do tính dễ cháy của dầu, chúng không phù hợp cho môi trường dễ cháy, nổ hoặc yêu cầu an toàn cao. Biến áp khô có cấu trúc đơn giản, kích thước nhỏ, trọng lượng nhẹ và chống cháy, chống bụi, chống ẩm. Chúng đắt hơn biến áp ngâm dầu cùng công suất và được sử dụng rộng rãi tại các vị trí yêu cầu an toàn cháy nổ cao, đặc biệt là trong các trạm biến áp trong các tòa nhà lớn, trạm biến áp ngầm và hệ thống lưu trữ năng lượng.

2. Mô hình và Nhóm Kết nối của Biến áp Điện

Tiêu chuẩn Công suất: Hiện nay, Trung Quốc áp dụng chuỗi R10 do IEC đề xuất để xác định công suất của biến áp điện, trong đó công suất tăng theo bội số của R10=¹⁰√10=1.26. Các mức công suất phổ biến bao gồm 100kVA, 125kVA, 160kVA, 200kVA, 250kVA, 315kVA, 400kVA, 500kVA, 630kVA, 800kVA, 1000kVA, 1250kVA, 1600kVA, 2000kVA, 2500kVA, và 3150kVA. Biến áp dưới 500kVA được coi là nhỏ, từ 630~6300kVA là trung bình, và trên 8000kVA là lớn.

Nhóm Kết nối: Nhóm kết nối của biến áp điện đề cập đến phương pháp kết nối được sử dụng cho cuộn dây sơ cấp và thứ cấp và mối quan hệ pha tương ứng giữa điện áp dòng sơ cấp và thứ cấp. Các nhóm kết nối phổ biến bao gồm Yyn0, Dyn11, Yzn11, Yd11, và YNd11. Đối với biến áp phân phối 6~10kV (với điện áp thứ cấp 220/380V), Yyn0 và Dyn11 là hai nhóm kết nối thường được sử dụng.

• Nhóm Kết nối Yyn0: Mối quan hệ pha giữa điện áp dòng sơ cấp và thứ cấp tương đương với vị trí của kim giờ và kim phút ở điểm 0 giờ (12 giờ). Cuộn dây sơ cấp sử dụng kết nối sao, trong khi cuộn dây thứ cấp sử dụng kết nối sao với đường dây trung tính. Các dòng điện hài bậc 3n có thể có trong mạch sẽ được tiêm vào lưới điện cao áp chung. Ngoài ra, dòng điện trung tính được quy định không vượt quá 25% dòng điện pha. Do đó, phương pháp kết nối này không phù hợp cho các ứng dụng có tải không cân bằng nghiêm trọng hoặc hài bậc 3n nổi bật. Tuy nhiên, nhóm kết nối Yyn0 yêu cầu cường độ cách điện thấp hơn cho cuộn dây sơ cấp (so với Dyn11), dẫn đến chi phí sản xuất thấp hơn một chút. Trong các hệ thống TN và TT, có thể chọn biến áp nhóm kết nối Yyn0 khi dòng điện trung tính do dòng điện không cân bằng một pha không vượt quá 25% dòng điện định mức của cuộn dây thứ cấp, và dòng điện trong bất kỳ pha nào cũng không vượt quá dòng điện định mức ở tải đầy.

• Nhóm Kết nối Dyn11: Mối quan hệ pha giữa điện áp dòng sơ cấp và thứ cấp tương đương với vị trí của kim giờ và kim phút ở điểm 11 giờ. Trong nhóm kết nối Dyn11, dòng điện tuần hoàn hình thành trong cuộn dây sơ cấp, ngăn chặn việc tiêm vào lưới điện công cộng và cung cấp sự kìm hãm các hài bậc cao. Cuộn dây thứ cấp sử dụng kết nối sao với đường dây trung tính, và theo quy định, dòng điện trung tính được phép đạt tới 75% dòng điện pha. Do đó, khả năng xử lý dòng điện không cân bằng một pha của nó lớn hơn nhiều so với biến áp nhóm kết nối Yyn0. Đối với các hệ thống cung cấp điện hiện đại với tải một pha tăng nhanh, đặc biệt là trong các hệ thống TN và TT, biến áp kết nối Dyn11 đã được thúc đẩy mạnh mẽ và áp dụng rộng rãi.

3. Ứng dụng của Biến áp trong Hệ thống Lưu trữ Năng lượng

Vai trò cốt lõi của biến áp trong hệ thống lưu trữ năng lượng là chuyển đổi điện áp và điều chỉnh truyền tải năng lượng, đảm bảo sự khớp giữa mức điện áp của pin lưu trữ năng lượng, bộ chuyển đổi/bộ nghịch đảo, và lưới điện/tải, từ đó cho phép sạc và xả năng lượng một cách hiệu quả và an toàn.

• Kết nối với lưới điện: Khi làm việc cùng với Hệ thống Chuyển đổi Năng lượng (PCS), biến áp tăng điện áp AC đầu ra từ PCS lên mức lưới điện (như 10kV/35kV) để kết nối với lưới, hoặc giảm điện áp lưới xuống mức tương thích với PCS trong quá trình xả. Chúng cũng cung cấp sự cách ly DC để ngăn chặn các thành phần DC được tiêm vào lưới điện.

• Phân phối điện nội bộ: Trong các trạm lưu trữ năng lượng quy mô lớn, biến áp đóng vai trò như biến áp trạm, giảm điện áp lưới cao xuống mức thấp (như 0.4kV) để cung cấp nguồn điện ổn định cho cụm pin lưu trữ năng lượng, hệ thống phụ trợ PCS, thiết bị giám sát, và các thành phần khác.

• Ứng dụng bên người dùng/Microgrid: Đối với lưu trữ năng lượng bên người dùng, biến áp có thể chuyển đổi điện áp đầu ra của hệ thống lưu trữ năng lượng sang mức tương thích với tải của người dùng, trực tiếp cung cấp điện cho tải. Trong microgrid, chúng cũng có thể điều chỉnh linh hoạt điện áp để thích ứng với sự tương tác năng lượng giữa các nguồn điện phân tán khác nhau và tải.