Tecnoloġija SST: Analisi Full-Scenario fid-Dħol tal-Elettricità fil-Ġenerazzjoni Trasport Distribuzzjoni u Konsumu

I. Kontext ta’ r-Riċerka

Bisogna għad-Deformazzjoni tas-Sistema tal-Elettricità

Il-bidliet fl-iż-Żewġ tal-enerġija qed jiżżommu esigienzi akbar fuq is-sistemi tal-elettricità. Is-sistemi tradizzjonali tal-elettricità qed jagħmlu l-passagġ għas-sistemi tal-elettricità tal-ġenarazzjoni ġdida, bl-iktar differenzi sostanzjali bejnhom li jmissnu hawnhekk:

Ⅱ. Aplikazzjonijiet Koresi ta’ Solid-State Transformers (SST)

Fis-silġ tas-sistemi elettriku ġodda, is-suport attiv, ir-regolazzjoni tal-integrazzjoni tal-gra, l-interkonezzjoni fleksibbli, u l-interazzjoni bejn l-abbast u t-talab, intużaw bħala riżorsi kliji għall-komplementarità spazjal-temporali tal-enerġija. SSTs jiġu applicati f’kull stadi – ġenerazzjoni, trasferiment, distribuzzjoni, u konsum – b’applikazzjonijiet speċifiċi kif jmiss:

• Fl-Anna tal-Ġenerazzjoni: Konvertitori diretti tal-gra, apparat tal-formazzjoni tal-gra, transformers DC ta’ voltàġġ mijan għall-integrazzjoni tal-ġewġ, s-silġ, u t-tqieg.

• Fl-Anna tal-Trasferiment: Transformers ta’ distribuzzjoni DC ta’ voltàġġ mijan u alt, dispositivi ta’ interkonezzjoni DC fleksibbli.

• Fl-Anna tal-Distribuzzjoni: Unitajiet ta’ interkonezzjoni fleksibbli ta’ voltàġġ mijan u baż, transformers elektroniku ta’ potenza PET fleksibbli, transformers DC għall-trasport elettriku.

• Fl-Anna tal-Konsum: Sorsijiet ta’ potenza DC għad-dipartiment tal-idrogen/u l-alluminiu, sistemi ta’ karigħa diretti, sorsijiet ta’ potenza diretti għal-data centers.

(1) Traqing tal-Transit Ferroviariju — 25kV Traqing PETT

Is-sistemi ta’ konvertitur basati fuq SST huma l-apparaturi koresi għall-bini ta’ gra elettrika tal-għada.

In-novazzjonijiet tekniki kliji:

• Konverżjoni ta’ topoloġija ad-altu-frekwenza b’isolazzjoni alta u teknoloġiji ta’ transformers ta’ potenza ad-altu-frekwenza

• Voltàġġ (AC25kV dirett) u teknoloġija ta’ isolazzjoni alta taħt disinn kompatt (resistanza tal-voltàġġ: 85kV/1min)

• Adattazzjoni għall-ambjenti ta’ impatt fort u vibrazzjonijiet, raffreddament effiċjenti tal-fażi

• Topoloġiji u tekniki ta’ driv ad-altu-frekwenza u ad-effiċjenza alta, kontrol modulazzjonijiet ad-altu-frekwenza b’konverżjoni moħħża

Riżultati tal-Aplikazzjoni:

• Installati u testati fuq EMU ta’ 140 km/h fl-2020, jipproduċu DC1800V

• Effiċjenza nominata ta’ 96.7% (2% ikbar mill-sistemi esistenti), żid ta’ 20% fidensità tal-potenza

• Kontroll total tal-linja tal-gra jippermetti filtrazzjoni attiva, kompenżazzjoni tal-potenza reattiva, xejn tal-korrent tal-magnetizzazzjoni inizjali u xejn ta’ perditi stand-by

• Il-prodott 25kV-SST ewwel fis-silġ li raggiunġa test dinamiku tal-vehiċlu

(2) Fornitur ta’ Potenza tar-Rail Urbani — Rutter Energetiku Multi-port għas-Sistemi Metro

Disinn Koresi:
Struttura isolata ta’ ferħa għal susteniment tal-traqin, potenza ausiliarja, tqieg, u integrazzjoni tal-PV.

Teknoloġiji Kliji:

• Topoloġija ta’ qirċut LLC bi pont full-bridge su drittjar IGBT

• Topoloġija ta’ qirċut DAB basata fuq SiC mid-daqs serje-paralel DC

• Teknoloġija ta’ switt soft għall-dispozitivi ta’ potenza (effiċjenza tal-furka ≥98.5%)

• Transformer 12-puls condivis bi l-gra AC, elimina il-kurrenti cirkulari meta mikkonness ma’ rettifika diodi

Avvantaggi tal-Aplikazzjoni:

• Elimina transformers regenerativi linji-frekwenza granni; impronta 26% ixxeqs, tniżżel spazju ta’ installazzjoni u kosijiet ta’ konstruzzjoni

• Xejn tal-perditi ta’ no-load tal-transformer, permi retrofitt tal-linja esistenti

• Integra rettifika, feedback tal-enerġija, kompenżazzjoni reattiva, u filtrazzjoni armonika għal kontrol preċiż tal-flus tal-potenza multi-port

(3) Karigħa u Swieq tal-Batteriji — 10kV SST Direttment Konness għal Karigħa EV

Konfigurazzjoni tal-Sistema:

• Konnessjoni diretta ta’ voltàġġ mijan 10kV, kapacità ta’ 1MVA: 1 modulu ta’ karigħa dirett + 2 moduli ta’ networking shared-bus

• Konfigurat mal-karigħa ultra-rapida ta’ 300kW u sitt karigħa veloċi ta’ 120kW; compatibli mal-integrazzjoni PV-tqieg u l-konnessjoni ta’ voltàġġ mijan

Funzjonijiet Koresi:

• Integra transformers u moduli ta’ karigħa; regolazzjoni ta’ voltàġġ ammussa permezza karigħa dirett, effiċjenza tas-sistema ≥97% (peak 98.3%)

• Provdieddi support tal-gra u manġement tal-kwalità tal-potenza, permittendu interazzjoni bidirezjonali V2G (vehiċlu-gra) u G2V (gra-vehiċlu)

(4) Fornitur ta’ Potenza tal-Park — Rutter Energetiku tal-Park Baxx-xemx (Integrazzjoni PV-Tqieg-Karigħa)

Arkitettura tal-Sistema:
Rutter energetiku direktament konness ta’ 10kV basat fuq SST, b’ports AC10kV u DC750V, bl-iżmagazznament tal-batteriji, interfaxxi ta’ karigħa DC, u dispositivi ta’ protezzjoni DC fuq is-silġ tal-output.

Konfigurazzjoni Koresi:
Kabinet SST ta’ 315kW, 976.12kWp PV, 0.5MW/1.3MWh iżmagazznament tal-enerġija, 10 statjonijiet ta’ karigħa DC.

Valur tal-Aplikazzjoni:

• Jidħafla l-iktar tal-kostijiet tal-elettriku permezz ta' ġenerazzjoni PV u arbitraġġ peak-shaving tal-istokkagġ tad-dinja

• Tilgħab il-domanda tal-kapaċità tal-stazzjonijiet, tibdul l-impat tal-grig, u tgħaddi skużitabbiltà eċċellenza

• Il-kombinazzjoni ta' "solid-state DC circuit breaker + disconnect switch" fis-silġ tal-output tagħti isolazzjoni tal-falt għall-istokkagġ u stazzjonijiet ta' karika

(5) Integrazzjoni tal-Energija Rinnovabbli — Enërġija Router DC/DC għal PV-to-Hydrogen

Parametri Kurrenti:

• Konvertitur DC/DC isolat ta' 5MW: input DC800–1500V, output DC0–850V, magħmula mal-busbar tal-elettrolizzatur tal-idroġenu

• Kapaċità ta' kabinet wahed: 3/6MVA, iskalabbli mill-3 sa 20MVA; vottaġġ tal-output adattabbli għal DC0–1300V/2000V

Avvantaggi Tegniki:

• Tnejnif il-fażi tal-konverżjoni fil-konfront ma' trasferiment AC; effiċjenza kompletta 96%–98%

• Transformaturi DC isolati ta' ifreqwenza ħafifa b'topoloġiji serjal-parallela fleksibbli, addattati għal PV, istokkagġ, potenza tal-rail, produzzjoni ta' idroġenu/aluminiu

• Piattaforma moduljar, konfigurabbli, personalizzata għal diversi biżogni spesiċiċi tal-grig DC tal-industrija

(6) Ottimizzazzjoni tal-Grig ta' Distribuzzjoni

Dispożitiv ta' Interkonnessjoni Fleksibbli tal-Medju- u Baż-Vot:

• Solvi l-imballanza tal-karika, l-aument fit-PV distribut, l-iżfond tal-karikaturi EV, u l-migliorament tal-affidabilità

• Operazzjoni normali: interkonnessjoni tal-grig asinkrona kuntrull tat-flus tal-potenza attiva/reactiva, integrazzjoni millerjor tal-enerġija rinnovabbli, u isolazzjoni tal-kwalità tal-potenza

• Kundizzjoni tal-falt: isolazzjoni veloċi u switċ-over awtomatiku biex jiġbor l-interruttjoni

Sistema ta' Istokkagġ Direttament Magħmul 10kV:

• Magħmul fuq il-grig medju/alto vot riduci l-perdi tas-silġ

• Konverżjoni ta' dawk iżgħar tneħħi l-regolazzjoni tal-vot ta' ampiezza

• Konfigurazzjoni moduljar PCS u battierija

• Kapaċità ikbar fleksibbiltà minn topologija H-bridge kaskadata, assicura s-sigurtà tal-isolazzjoni tal-batterija u kontrol tal-flus tal-potenza fl-kompletta catena

(7) Konnessjoni tal-Grig fuq il-Lato tal-Ġenerazzjoni — Interfaċċja Grig Nuova Direttament Magħmula 10kV tal-Fotovoltaiku

Karatteristiċi Tegniki:

• Isolazzjoni ta' ifreqwenza ħafifa + topoloġija prinsipali CHB kaskadata

• Kapaċità: N×315kVA (iskalabbli), output compatibli ma' sistemi 1500V, effiċjenza >98.3%

Avvantaggi Kurrenti:

• Magħmul direttament fuq il-grig medju vot me' DC-DC isolat jieffettwani MPPT (Maximum Power Point Tracking) u isolazzjoni/regolazzjoni tal-vot

• Arċitetture ta' dawk iżgħar semplifikati, ekonomiċi; reagixxi direttament għal domandi tal-grig fuq livell 10kV

• Applikabbli għal scenari distributi tal-PV industriji, kommerċ, u rurali

(8) Lato tal-Karika — Fornitura tal-Potenza tal-Ċentru ta' Data bsasjat fuq SST

Soluzzjoni ta' Konnessjoni Diretta 10kV:

• Potenza 2.5MW (315kW × 8), effiċjenza tas-sistema 98.3%, użu ta' konverżjoni isolata ta' ifreqwenza ħafifa

• Rete anella DC fuq il-lato DC 400VDC

• Kontroll PWM full jirrealizza fattur potenza grig >0.99, armonici <3%

Punturi għal Futur

Barra skont grigi ta' distribuzzjoni AC/DC, estendu għal rinnovabbli, trasport, fornitura tal-potenza, gestjoni tal-enerġija, u protezzjoni tal-falt, SSTs jippermettu soluzzjoni sistema integrita li inkludux:

• Fornitura ta' potenza ibblendjata AC/DC

• Integrazzjoni sors-grig-kariga-istokkagġ

• Gestjoni ottimizzata tal-enerġija u dispaċċ tal-flus tal-potenza
  Supporzando la costruzione di sistemi di energia della prossima generazione.

III. Sfidi ta' Aplikazzjoni u Diqsussjoni

(1) Sfida ta' Kompatibilità tal-Protezzjoni Relay
Huwa neċessarju studju dwar il-kompatibilità bejn trasformaturi elektroniki tal-potenza u sistemi tradizzjonali ta' distribuzzjoni, speċjalment għal faltni ta' kortiċirqu, a terra, u aperti. Għandu jinstabu strategiji kontroll kbiri waqt it-talba tal-passaġġ tal-falt u mekanismi ta' koordinazzjoni għal protezzjoni relay.

(2) Sfidi ta' Dispaċċ, Gestjoni, u Monitoraġġ Integrati
L-adozzjoni ġenerali ta' apparaturi nuovi tal-elettronika tal-potenza tirreżulta f'problemi ta' adaptazzjoni fid-dispaċċ u monitoraġġ, reġistru bħala neċessita tre core:

• • Regoli ta Dispacci u Mekanismi tal-Mercat: Il-logika tradizzjonali ta' "l-ewwel is-sors jsegwi l-karig" ma tistax tissodisfa l-interazzjonijiet bidirezzjonali "karig-sors-grid". Għandu jinħolqu mekanismi tal-merkat għall-flus ta' kurrent multi-direzzjonali.

  • Standardizzazzjoni u Interoperabbiltà: Il-protokolli diversi tal-interfaccja tal-dispożitivi jiġu magħrufa binteroperabbiltà żgħira bejn rivenditur. Għandu jiġi promoss protokolli komunikazzjonijiet standardizzati u setti ta' ordnijiet tad-dikkarju.

  • Koordinazzjoni tal-Dispacci Trans-Reġjonali: Il-koneżzjoni fleksibbli tiftaħ is-silġ tal-limiti tradizzjonali tar-reġjon. Għandhom jiġu stabilit ikkordi unifikati ta' allokkazzjoni tal-responsabilitajiet, kondiviżjoni ta' rizervi, u strutturi koordinati tal-dipacci trans-reġjonali.

  Dak li huwa meħtieġ għal dan huwa standardi unifikati u mekanismi ta' monitoraġġ u eżekuzzjoni biex jiġu solvuti.