Technologie SST : Analyse complète des scénarios dans la production, le transport, la distribution et la consommation d'électricité

I. Contexte de la recherche

Besoins de transformation du système électrique

Les changements dans la structure énergétique imposent des exigences plus élevées aux systèmes électriques. Les systèmes électriques traditionnels se transforment en systèmes électriques de nouvelle génération, avec les différences clés suivantes entre eux :

Ⅱ.Scénarios d'application clés des transformateurs à semi-conducteurs (SST)

Dans le contexte des nouveaux systèmes électriques, le soutien actif, la régulation de l'intégration au réseau, l'interconnexion flexible et l'interaction offre-demande sont devenus des exigences clés pour la complémentarité spatiotemporelle de l'énergie. Les SST pénètrent toutes les étapes - production, transport, distribution et consommation - avec des applications spécifiques comme suit :

• Côté production : Convertisseurs raccordés directement au réseau, équipements formant le réseau, transformateurs DC à moyenne tension pour intégrer l'énergie éolienne, solaire et de stockage.

• Côté transport : Transformateurs de distribution DC à moyenne et haute tension, dispositifs d'interconnexion DC flexible.

• Côté distribution : Unités d'interconnexion flexible à moyenne et basse tension, transformateurs électroniques de puissance (PET) flexibles, transformateurs DC pour le transport électrifié.

• Côté consommation : Alimentations DC pour la production d'hydrogène/aluminium, systèmes de recharge raccordés directement, sources d'alimentation directe pour les centres de données.

(1) Traction ferroviaire — PETT 25kV

Les systèmes de convertisseurs basés sur les SST sont des équipements clés pour la construction des prochains réseaux électriques.

Avancées techniques clés :

• Conversion topologique haute fréquence à haute isolation et technologies de transformateur haute puissance haute fréquence

• Technologie haute tension (AC25kV raccordée directement) et haute isolation sous un design compact (tension de tenue : 85kV/1min)

• Adaptation aux environnements à forte impact et vibration, refroidissement par changement de phase efficace

• Topologies de conversion haute fréquence et haute efficacité et techniques de pilotage, modulation haute fréquence avec commutation douce

Résultats d'application :

• Installé et testé sur un EMU à 140 km/h en 2020, produisant DC1800V

• Efficacité nominale de 96,7% (2% supérieure aux systèmes existants), augmentation de 20% de la densité de puissance

• Côté réseau entièrement contrôlé permettant le filtrage actif, la compensation de la puissance réactive, un courant d'aimantation nul et pas de pertes en veille

• Premier produit 25kV-SST au monde à réaliser un test dynamique embarqué

(2) Alimentation du métro urbain — Routeur d'énergie multi-port pour les systèmes de métro

Conception centrale :
Structure isolée à quatre ports supportant la traction, l'alimentation auxiliaire, le stockage d'énergie et l'intégration photovoltaïque.

Technologies clés :

• Topologie de circuit LLC à deux niveaux basée sur des IGBT

• Topologie de circuit DAB basée sur des SiC avec une configuration série-parallèle DC

• Technologie de commutation douce pour les dispositifs de puissance (efficacité de branche ≥98,5%)

• Transformateur partagé 12 impulsions connecté au réseau AC, éliminant les courants circulants lorsqu'il est parallélisé avec des redresseurs à diodes

Avantages d'application :

• Élimine les gros transformateurs régénératifs à fréquence ligne ; empreinte 26% plus petite, réduisant l'espace d'installation et les coûts de construction

• Pas de pertes en no-load du transformateur, permettant la rénovation des lignes existantes

• Intègre la redressement, le retour d'énergie, la compensation réactive et le filtrage harmonique pour un contrôle précis du flux de puissance multi-port

(3) Recharge et échange de batterie — SST 10kV raccordé directement pour la recharge de véhicules électriques

Configuration du système :

• Raccordement direct à moyenne tension 10kV, capacité de 1MVA : 1 module de recharge direct + 2 modules de réseau en bus partagé

• Configuré avec une recharge ultra-rapide de 300kW et six chargeurs rapides de 120kW ; compatible avec l'intégration PV-stockage et la connexion au réseau à moyenne tension

Fonctions principales :

• Intègre le transformateur et les modules de recharge ; régulation de tension à large gamme permettant la recharge directe, efficacité du système ≥97% (pic 98,3%)

• Fournit un soutien au réseau et une gestion de la qualité de l'énergie, permettant l'interaction bidirectionnelle V2G (véhicule vers réseau) et G2V (réseau vers véhicule)

(4) Alimentation du parc — Routeur d'énergie à faible carbone pour le parc (intégration PV-stockage-recharge)

Architecture du système :
Routeur d'énergie raccordé directement 10kV basé sur SST, disposant de ports AC10kV et DC750V, avec stockage de batteries, interfaces de recharge DC et dispositifs de protection DC côté sortie.

Configuration centrale :
Baie SST 315kW, PV 976,12kWp, stockage d'énergie 0,5MW/1,3MWh, 10 stations de recharge DC.

Valeur d'application :

• Réduit les coûts d'électricité grâce à la production PV et à l'arbitrage de pointe du stockage d'énergie

• Diminue la demande de capacité de la station, atténue l'impact sur le réseau et offre une excellente extensibilité

• Combinaison "disjoncteur DC à semi-conducteurs + interrupteur de sectionnement" côté sortie assure l'isolement des défauts pour le stockage et les stations de recharge

(5) Intégration des énergies renouvelables — Routeur d'énergie DC/DC pour PV-hydrogène

Paramètres clés :

• Convertisseur DC/DC isolé 5MW : entrée DC800–1500V, sortie DC0–850V, connecté à la barre de bus de l'électrolyseur d'hydrogène

• Capacité de baie unique : 3/6MVA, extensible de 3 à 20MVA ; tension de sortie adaptable à DC0–1300V/2000V

Avantages techniques :

• Réduit les étages de conversion par rapport à la transmission AC ; efficacité globale 96%–98%

• Transformateurs DC à haute fréquence isolés avec des topologies flexibles en série-parallèle, adaptés à l'énergie solaire, le stockage, l'alimentation ferroviaire, la production d'hydrogène/aluminium

• Plateforme modulaire et configurable adaptée aux besoins diversifiés des réseaux DC industriels

(6) Optimisation du réseau de distribution

Dispositif d'interconnexion flexible à moyenne et basse tension :

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