SST Tehnoloogia: Täispiltlik analüüs elektritootmisel ülekandemõõtmetes jaotamisel ning tarbimisel

I. Uurimise taust

Vajadus elektrisüsteemide muutuste järele

Energiastruktuuri muutused nõuavad elektrisüsteemidelt kõrgemat tasemel nõudmisi. Traditsioonilised elektrisüsteemid muutuvad uute põlvkonna elektrisüsteemideks, nende vahelised peamised erinevused on järgmised:

II. Tugevja transformatooriga (SST) põhiline rakendusskenaarid

Uute energiajärgude taustal on aktiivne toetus, võrgu integreerimine, paindlik ühenduvus ja tarbijate suhtlemine muutunud ruumilise-ajalise energia täiustamise olulisteks nõueteks. SST-lt läbib kõik etapid - tootmine, edastamine, jagamine ja tarbimine, mille spetsiifilised rakendused on järgmised:

• Tootmise poolel: Otseühendatud võrguga konverteerijad, võrgu moodustav varustus, keskspingelised DC transformatood tuule-, päikeseenergia ja säilituse integreerimiseks.

• Edastamise poolel: Kesk- ja kõrgepingelised DC jaotamise transformatood, paindlikud DC ühendusseadmed.

• Jagamise poolel: Kesk- ja madalapinglesed paindlikud ühendusüksused, paindlikud jagamispower-elektronika transformatood (PET), elektritranspordi DC transformatood.

• Tarbimise poolel: Võid/värviku tootmise DC toiteallikad, otseühendatud laadimissüsteemid, otseühendatud andmekeskuse toiteallikad.

(1) Raudteetransporti vedamise — 25kV Vedamise PETT

SST-põhised konverteerimissüsteemid on järgmise põlvkonna võrkude ehitamise põhivarustus.

Olulised tehnilised läbimurded:

• Kõrgeeraldusliku kõrgefrekvenstoo topoloogia teisendamine ja kõrgejõuline kõrgefrekvenstoo transformatooride tehnoloogia

• Kõrgepinge (AC25kV otseühendus) ja kõrgeeralduslik tehnoloogia kompaktses disainis (väljakumine: 85kV/1min)

• Pöördline ja vibratsioonikeskkond, tõhus fazimuutussoojendamine

• Kõrgefrekvenstoo, kõrgeefektiivsus topoloogiad ja juhtimistechnoloogia, sileda lülitamisega kõrgefrekvenstoo modulatsioonikontroll

Rakendustulemused:

• Installitud ja testitud 140 km/h EMU-s 2020. aastal, väljund DC1800V

• Määratud efektiivsus 96,7% (2% kõrgem kui olemasolevad süsteemid), jõudluskihile 20% suurenemine

• Täielikult kontrollitav võrgu pool annab aktiivset filtreerimist, reageeriva jõudla kompensatsiooni, null magnetiseerimise sissemõju ja puuduvaid ootel kaotusi

• Maailma esimene 25kV-SST toode, mis on saavutanud sõidukiga dünaamilise testimise

(2) Linnaraudtee toiteallikas — Metro süsteemi mitmeportaaline energiarouter

Põhiline disain:
Neliportaalne eraldusstruktuur, mis toetab vedamispinge, abipinge, energia säilitamist ja PV-integreerimist.

Olulised tehnoloogiad:

• IGBT-de põhjal toimiv kaheastmelise täispuu LLC-voogutingimuse topoloogia

• SiC-põhine DAB-voogutingimuse topoloogia rida-paralleelsete DC-konfiguratsioonidega

• Power-seadmete peenlõikelise tehnoloogia (sirgihoidja efektiivsus ≥98,5%)

• Jaotatud 12-pulsiga transformatoor AC-võrguga ühendatuna, mis elimineerib ringmõju paralleelselt dioodi retifikaatoritega

Rakenduse eelised:

• Elimineerib mahukaid lineaarsageduse regeneratiivseid transformatoreid; 26% väiksem jalajälg, vähendab paigaldamisruumi ja ehitamiskulusid

• Puuduvad transformatoori töökoormusetu kaotused, lubab olemasolevate liinide uuendamist

• Integreerib retifikaatsiooni, energia tagasiside, reageeriva kompensatsiooni ja harmonilise filtreerimise täpseks mitmeportaaliseks jõudlujuhtimiseks

(3) Laadimine ja akula vahetamine — EV laadimiseks 10kV otseühendatud SST

Süsteemi konfiguratsioon:

• 10kV keskpinge otseühendus, 1MVA võimsus: 1 otse-laadimise moodul + 2 jagatud bussi võrgustamismoodulit

• Konfigureeritud 300kW ultrakiire laadimine ja kuus 120kW kiire laadimine; ühildub PV-säilituse integreerimisega ja keskpinge võrguühendusega

Põhifunktsioonid:

• Integreerib transformatoori ja laadimismoodulid; lai ulatuslik pinge reguleerimine võimaldab otse laadimist, süsteemi efektiivsus ≥97% (tipp 98,3%)

• Pakub võrgutoetust ja jõudla kvaliteedi haldust, võimaldades kaksiksuunalist V2G (sõiduk-võrgu) ja G2V (võrgu-sõiduki) interaktsiooni

(4) Parkide toiteallikas — Madal-Karboni parki energiarouter (PV-säilitus-laadimise integreerimine)

Süsteemi arhitektuur:
10kV otseühendatud energiarouter SST-põhine, mis sisaldab AC10kV ja DC750V portte, väljundpool asuvad akusäilituse, DC laadimisliidesed ja DC kaitsevarustus.

Põhikonfiguratsioon:
315kW SST kabinet, 976,12kWp PV, 0,5MW/1,3MWh energiasäilitus, 10 DC laadimisstatsiooni.

Rakenduse väärtus:

• Vähendab elektritrahve fotodelektrienergia ja energiakogumise tipp-tööriste arbitraaziga

• Vähendab jaama võimsuse nõudlust, segaseb võrgu mõju ning pakub suurepärast skaalautunevust

• Väljundpoolne "kividest DC lülitus + eralduslülitus" kombinatsioon tagab varude ja laadimisjaamade veategevuse isoleerimise

(5) Taastuvenergia Integreerimine — DC/DC Energia Telerühm PV-st Veeärale

Põhiline Parameetrid:

• 5MW isoleeritud DC/DC teisendaja: sisend DC800–1500V, väljund DC0–850V, ühendatud veeelektroliisi busbariga

• Ühe kabinetiga võimsus: 3/6MVA, skaalautunev 3–20MVA; väljundpinge kohandatav DC0–1300V/2000V-le

Tehnilised Eelised:

• Vähendab teisendusettevõtteid võrreldes AC edasikandega; üldine efektiivsus 96%–98%

• Kõrge sagedusega isoleeritud DC teisendajad paindliku sarireostunud topoloogiaga, sobivad fotodelektrienergia, varude, raudteeenergia, vee/alumiiniumi tootmise jaoks

• Modulaarne, seadistatav platvorm mitmekesiste tööstusharude spetsiifiliste DC võrkude vajadustele vastamiseks

(6) Jaotusvõrgu Optimeerimine

Kesk- ja Madalpingeline Paindlik Ühendamise Seade:

• Aadressib koormuse ebavõrdsust, kasvava hajutatud fotodelektrienergia, EV laadimisjaamade laienemist ja usaldusväärsuse parandamist

• Tavaline töö: asünkrooniline võrguühendus aktiivse/reactiivse jõudvoolu reguleerimisega, parandatud taastuvenergia integreerimine ja energia kvaliteedi isoleerimine

• Veatingimuses: kiire isoleerimine ja automaatne ümberlülitus, et vältida katkestusi

10kV Otseühendatud Energia Varude Systeem:

• Kesk/kõrgepingeline võrguühendus vähendab joonekahjustusi

• Kakssteppiline teisendamine võimaldab laiaulatuslikku pingereguleerimist

• Modulaarne PCS ja aku konfiguratsioon

• Paindlikum võimsus kaskade H-sildi topoloogia suhtes, tagades aku eraldussüsteemi ohutuse ja täispika jõudvoolu kontrolli

(7) Võrguühendus Tootmispool — 10kV Otseühendatud Fotodelektrienergia Uus Võrguühendus

Tehnilised Omadused:

• Kõrge sagedusega isoleerimine + kaskade CHB peatega topoloogia

• Võimsus: N×315kVA (skaalautunev), väljund ühilduv 1500V süsteemidega, efektiivsus >98.3%

Põhilised Eelised:

• Keskpingeline otseühendus isoleeritud DC-DC-teisendajaga MPPT (Maksimaalne Jõudpunktide Jälitus) ja isoleerimine/pingereguleerimine

• Lihtsustatud kakssteppiline arhitektuur, väga efektiivne; vastab otse võrgu nõudmistele 10kV tasandil

• Sobib tööstus-, kaubandus- ja maapiirkondade hajutatud fotodelektrienergia stsenaariumidele

(8) Koormuspool — Andmesüsteemi Energia Varustus SST-alusel

10kV Otseühenduse Lahendus:

• 2.5MW võimsus (315kW × 8), süsteemi efektiivsus 98.3%, kasutades kõrge sagedusega isoleeritud teisendust

• 400VDC DC ringvõrk DC poolt

• Täielik PWM kontroll saavutab võrgupoolse jõudfaktori >0.99, harmonikad <3%

Tulevikuväline Vaade

Põhineb AC/DC jaotusvõrkudele, ulatudes taastuvenergiale, transpordile, energiavarustusele, energiajuhtimisele ja veakaitsele, SST-d võimaldavad integreeritud süsteemilahendust, mis hõlmab:

• AC/DC seguenergia varustust

• Allikas-võrgu-koormus-varude integreerimist

• Optimeeritud energiajuhtimist ja jõudvoolu juhtimist
  Toetab järgmise põlvkonna energia süsteemide ehitamist.

III. Rakendamise Raskused ja Arutelu

(1) Relväringide Kompatibilitsete Raskused
On vaja uurida elektroniliste teisendajate ja traditsiooniliste jaotusvõrkude vahelise kompatibilitset, eriti lühikeste, maa- ja avatud tsüklite veategevuste suhtes. Tuleb luua selged juhtimisstrateegiad veategevuste läbimisel ja relväringide koordineerimismeetodid.

(2) Juhtimise, Haldamise ja Monitooringu Integreerimise Raskused
Uute elektroniliste seadmete laialdasem kasutamine tõstab probleeme juhtimises ja monitooringus, nõudes lahendusi kolmele põhivajadusele:

• • Juhendamise reeglid & turumehhanismid: Traditsiooniline "allikas-jälgib-nõudlust" loogika ei saa hõlmata mitmesuunalisi "nõudlus-allikas-võrk" interaktsioone. Tuleb arendada mitmesuunalised võrgustikuvoolude turumehhanismid.

  • Standardimine & sidusa kasutamine: Erinevad seadmete liideseprotokollid viivad kaasa madala sidususe tootjate vahel. Tuleb edendada standardiseeritud suhtlusprotokolle ja juhendamiskäskluste kogumeid.

  • Piiriülene kooskõlastatud juhendamine: Omaduslik ühenduvus murdab traditsioonilisi piirialade piire. Tuleb luua ühine vastutuse jagamise, varu ressursside jagamise ja piiriülese kooskõlastatud juhendamise raamistik.

  Need väljakutsed nõuavad ühtsete standardite ja jälgimisvahendite rakendamist nende lahendamiseks.