فناوری SST: تجزیه و تحلیل کامل در تولید، انتقال، توزیع و مصرف برق

I. پیش‌زمینه تحقیق

نیازهای تحول سیستم برق

تغییرات در ساختار انرژی نیازهای بالاتری را بر سیستم‌های برق می‌گذارد. سیستم‌های برق سنتی در حال تغییر به سمت سیستم‌های برق نسل جدید هستند، با تفاوت‌های اصلی بین آنها به شرح زیر:

Ⅱ. سناریوهای کاربردی اصلی ترانسفورماتورهای جامد (SST)

در پس‌زمینه سیستم‌های برق جدید، پشتیبانی فعال، تنظیم یکپارچگی شبکه، اتصال انعطاف‌پذیر و تعامل عرضه-طلبی به عنوان نیازهای کلیدی برای تکمیل انرژی زمان-مکانی شده است. SST‌ها در تمام مراحل—تولید، انتقال، توزیع و مصرف—نفوذ می‌کنند، با کاربردهای خاص به شرح زیر:

• طرف تولید: تبدیلات شبکه‌ای مستقیم، تجهیزات شکل‌دهی شبکه، ترانسفورماتورهای DC متوسط ولتاژ برای یکپارچگی باد، خورشید و ذخیره‌سازی.

• طرف انتقال: ترانسفورماتورهای توزیع DC متوسط و بالا ولتاژ، دستگاه‌های اتصال انعطاف‌پذیر DC.

• طرف توزیع: واحدهای اتصال انعطاف‌پذیر متوسط و کم ولتاژ، ترانسفورماتورهای الکترونیک قدرت (PET) انعطاف‌پذیر، ترانسفورماتورهای DC برای حمل و نقل برق‌رسان.

• طرف مصرف: منابع DC برای تولید هیدروژن/آلومینیوم، سیستم‌های شارژ مستقیم، منابع برق مرکز داده مستقیم.

(1) تحریک حمل و نقل ریلی — PETT 25kV تحریک

سیستم‌های تبدیل مبتنی بر SST تجهیزات اصلی برای ساخت شبکه‌های برق نسل بعدی هستند.

شکست‌های فنی کلیدی:

• تبدیل توپولوژی با فرکانس بالا با عایق‌بندی بالا و فناوری‌های ترانسفورماتور با قدرت و فرکانس بالا

• ولتاژ بالا (AC25kV اتصال مستقیم) و فناوری عایق‌بندی بالا تحت طراحی فشرده (مقاومت ولتاژ: 85kV/1دقیقه)

• تأسیس در محیط‌های تأثیر قوی و لرزش، خنک‌سازی فازی کارآمد

• توپولوژی‌ها و تکنیک‌های تبدیل با فرکانس بالا و کارایی بالا، کنترل مدولاسیون با فرکانس بالا با تغییر صاف

نتایج کاربرد:

• نصب و تست شده روی EMU 140 کیلومتر در ساعت در سال 2020، خروجی DC1800V

• کارایی اسمی 96.7% (2% بیشتر از سیستم‌های موجود)، 20% افزایش در چگالی قدرت

• کنترل کامل طرف شبکه اجازه می‌دهد فیلتر فعال، جبران قدرت واکنشی، جریان مغناطیسی صفر و عدم وجود ضرر پشتیبانی

• محصول اولین 25kV-SST جهان که آزمایش دینامیکی وسیله نقلیه را به دست آورد

(2) تأمین برق حمل و نقل شهری — مسیردهی انرژی چندپورت برای سیستم‌های مترو

طراحی اصلی:
ساختار چهارپورت جداگانه که تحریک برق، برق کمکی، ذخیره‌سازی انرژی و یکپارچگی PV را پشتیبانی می‌کند.

فناوری‌های کلیدی:

• توپولوژی مدار LLC دو سطحی مبتنی بر IGBTs

• توپولوژی مدار DAB مبتنی بر SiC با پیکربندی DC سری-موازی

• فناوری تبدیل با تغییر نرم (کارایی شاخه ≥98.5%)

• ترانسفورماتور مشترک 12 پالس متصل به شبکه AC، حذف جریان‌های چرخه‌ای هنگام موازی با ریکتیفایرهای دیود

مزایای کاربرد:

• حذف ترانسفورماتورهای بازیابی فرکانس خطی بزرگ؛ کاهش 26٪ در فضای نصب، کاهش هزینه‌های نصب و ساخت

• عدم وجود ضرر بدون بار ترانسفورماتور، امکان به‌روزرسانی خطوط موجود

• یکپارچه‌سازی ریکتیفیکشن، بازخورد انرژی، جبران قدرت واکنشی و فیلترهای هارمونیک برای کنترل دقیق جریان انرژی چندپورت

(3) شارژ و تعویض باتری — SST مستقیم 10kV برای شارژ خودروهای الکتریکی

پیکربندی سیستم:

• اتصال مستقیم ولتاژ متوسط 10kV، ظرفیت 1MVA: 1 ماژول شارژ مستقیم + 2 ماژول شبکه‌ای مشترک

• پیکربندی با شارژ سریع 300kW و شش شارژ سریع 120kW؛ سازگار با یکپارچگی PV-ذخیره‌سازی و اتصال شبکه متوسط ولتاژ

عملکردهای اصلی:

• یکپارچه‌سازی ترانسفورماتور و ماژول‌های شارژ؛ تنظیم ولتاژ با دامنه گسترده امکان شارژ مستقیم، کارایی سیستم ≥97% (حداکثر 98.3%)

• ارائه پشتیبانی شبکه و مدیریت کیفیت برق، امکان تعامل دوطرفه V2G (وسیله به شبکه) و G2V (شبکه به وسیله)

(4) تأمین برق پارک — مسیردهی انرژی پارک کم‌کربن (یکپارچگی PV-ذخیره‌سازی-شارژ)

معماری سیستم:
مسیردهی انرژی مستقیم 10kV مبتنی بر SST با پورتهای AC10kV و DC750V، با ذخیره‌سازی باتری، رابط‌های شارژ DC و دستگاه‌های محافظت DC در طرف خروجی.

پیکربندی اصلی:
صندوق SST 315kW، PV 976.12kWp، ذخیره‌سازی 0.5MW/1.3MWh، 10 ایستگاه شارژ DC.

ارزش کاربرد:

• کاهش هزینه‌های برق از طریق تولید PV و یکپارچگی ذخیره‌سازی

• کاهش تقاضای ظرفیت ایستگاه، بافر تأثیر شبکه و مقیاس‌پذیری عالی

• ترکیب "قطعه‌گیر DC جامد + کلید قطع" در طرف خروجی اطمینان از جداسازی خطا برای ذخیره‌سازی و ایستگاه‌های شارژ

(5) یکپارچگی انرژی‌های تجدیدپذیر — مسیردهی انرژی DC/DC برای PV به هیدروژن

پارامترهای اصلی:

• 5MW تبدیل DC/DC جداگانه: ورودی DC800–1500V، خروجی DC0–850V، متصل به بارهای الکترولیز هیدروژن

• ظرفیت صندوق واحد: 3/6MVA، قابل مقیاس‌سازی از 3-20MVA؛ ولتاژ خروجی قابل تنظیم به DC0–1300V/2000V

مزایای فنی:

• کاهش مراحل تبدیل در مقایسه با انتقال AC؛ کارایی کلی 96%-98%

• ترانسفورماتورهای DC با فرکانس بالا با توپولوژی‌های سری-موازی انعطاف‌پذیر، مناسب برای PV، ذخیره‌سازی، تأمین برق ریلی، تولید هیدروژن/آلومینیوم

• پلتفرم قابل پیکربندی و مدولار برای نیازهای مختلف شبکه DC صنعتی

(6) بهینه‌سازی شبکه توزیع

دستگاه اتصال انعطاف‌پذیر متوسط و کم ولتاژ:

• پوشش نیازهای نامتوازن بار، افزایش PV توزیع‌شده، گسترش شارژرهای خودروهای الکتریکی و افزایش قابلیت اطمینان

• پاداش