SST प्रविधि: विद्युत उत्पादन, संचारण, वितरण र उपभोगमा पूर्ण-स्थिति विश्लेषण

I. अनुसंधानको प्रारम्भिक पृष्ठभूमि

पावर सिस्टेम रूपान्तरणको आवश्यकता

ऊर्जा संरचनामा परिवर्तनले पावर सिस्टेममा उच्च आवश्यकता राख्दैछ। परम्परागत पावर सिस्टेमहरू नयाँ पीढीको पावर सिस्टेममा रूपान्तरण गर्दै छन् र उनीहरूबीचको मुख्य अन्तर निम्न रूपमा उल्लेख गरिएको छ:

Ⅱ. सोलिड-स्टेट ट्रान्सफार्मरहरू (SST) को मुख्य अनुप्रयोग क्षेत्रहरू

नयाँ विद्युत प्रणालीको आधारमा सक्रिय सहयोग, ग्रिड एकीकरण नियमन, लचीलो जोडन र आपूर्ति-माग बीचको प्रतिक्रिया अवकाश-समय ऊर्जा पूरकताका लागि महत्वपूर्ण आवश्यकताहरू बनेका छन्। SSTहरू उत्पादन, प्रसारण, वितरण र उपभोग सबै चरणहरूमा प्रवेश गर्दछन् र निम्न विशिष्ट अनुप्रयोगहरू छन्:

• उत्पादन तरफ: डाइरेक्ट-कनेक्ट ग्रिड-टाइड कन्भर्टरहरू, ग्रिड-फार्मिङ उपकरणहरू, मध्यम-वोल्टेज डीसी ट्रान्सफार्मरहरू वायु, सूर्य र संचयन एकीकरणका लागि।

• प्रसारण तरफ: मध्यम- र उच्च-वोल्टेज डीसी वितरण ट्रान्सफार्मरहरू, लचीलो डीसी जोडन उपकरणहरू।

• वितरण तरफ: मध्यम- र निम्न-वोल्टेज लचीलो जोडन युनिटहरू, लचीलो वितरण विद्युत प्रवर्धक ट्रान्सफार्मरहरू (PET), इलेक्ट्रिफाइड परिवहनका लागि डीसी ट्रान्सफार्मरहरू।

• उपभोग तरफ: हाइड्रोजन/एल्युमिनियम उत्पादनका लागि डीसी विद्युत स्रोत, डाइरेक्ट-कनेक्ट चार्जिङ सिस्टमहरू, डाइरेक्ट-कनेक्ट डाटा सेन्टर विद्युत स्रोत।

(1) रेल यातायात ट्रैक्सन — 25kV ट्रैक्सन PETT

SST-आधारित कन्भर्टर सिस्टमहरू अगाडि आउँदो विद्युत ग्रिड निर्माणका लागि मुख्य उपकरणहरू हुन्।

महत्वपूर्ण तकनीकी उपलब्धिहरू:

• उच्च-अलगाव उच्च-आवृत्ति टोपोलोजी र उच्च-शक्ति उच्च-आवृत्ति ट्रान्सफार्मर तकनीकहरू

• घनिष्ठ डिझाइनमा उच्च-वोल्टेज (AC25kV डाइरेक्ट कनेक्शन) र उच्च-अलगाव तकनीक (सहन वोल्टेज: 85kV/1min)

• मजबूत प्रभाव र थर्नको वातावरणमा अनुकूलन, प्रभावी फेज-परिवर्तन शीतलन

• उच्च-आवृत्ति, उच्च-प्रभावी टोपोलोजी र ड्राइविङ तकनीकहरू, लक्ष्मीय चालनसह उच्च-आवृत्ति मोडुलेशन नियन्त्रण

अनुप्रयोगको नतिजा:

• 2020 मा 140 किमी/घण्टा EMU मा स्थापना र परीक्षण गरिए, DC1800V निर्गत गर्दछ

• 96.7% को रेटेड प्रभाविता (वर्तमान सिस्टमभन्दा 2% उच्च), शक्ति घनत्वमा 20% वृद्धि

• सम्पूर्ण नियन्त्रित ग्रिड तरफ सक्रिय फिल्टरिङ, अप्रत्यक्ष शक्ति सम्पन्नीकरण, शून्य चुंबकीय भार र बेरोजगारी नष्टहरू छैन

• विश्वको पहिलो 25kV-SST उत्पादन जसले वाहन-स्थापित गतिशील परीक्षण पार गरेको छ

(2) शहरी रेल विद्युत स्रोत — मेट्रो प्रणालीको लागि बहु-पोर्ट ऊर्जा राउटर

मुख्य डिझाइन:
ट्रैक्सन शक्ति, सहायक शक्ति, ऊर्जा संचयन र PV एकीकरण समर्थन गर्ने चार-पोर्ट अलगाव ढाँचा।

महत्वपूर्ण तकनीकहरू:

• IGBT-आधारित दोहोर फुल-ब्रिज LLC सर्किट टोपोलोजी

• SiC-आधारित DAB सर्किट टोपोलोजी र श्रेणी-समान्तर डीसी विन्यास

• शक्ति उपकरणहरूको लागि सॉफ्ट-स्विचिङ तकनीक (शाखा प्रभाविता ≥98.5%)

• डायोड रेक्टिफायरहरूको समान्तर र एसी ग्रिडसँग जोडिएको साझा 12-पल्स ट्रान्सफार्मर, समान्तर र डायोड रेक्टिफायरहरूको साथ चक्रवाती धाराहरू निरसन गर्दछ

अनुप्रयोगको फाइदा:

• भारी लाइन-आवृत्ति रीजेनरेटिभ ट्रान्सफार्मरहरूलाई हटाउँदछ; 26% छोटो छाप, स्थापना र निर्माण खर्च घटाउँदछ

• ट्रान्सफार्मरको नष्टहरू छैन, अस्तित्वका लाइनहरूको पुनर्निर्माण गर्न सकिन्छ

• रेक्टिफिकेशन, ऊर्जा प्रतिक्रिया, अप्रत्यक्ष सम्पन्नीकरण, र हार्मोनिक फिल्टरिङ समावेश गर्दछ यससँग निश्चित बहु-पोर्ट शक्ति प्रवाह नियन्त्रण

(3) चार्जिङ र बैटरी स्वप — EV चार्जिङका लागि 10kV डाइरेक्ट-कनेक्ट SST

सिस्टम विन्यास:

• 10kV मध्यम-वोल्टेज डाइरेक्ट कनेक्शन, 1MVA क्षमता: 1 डाइरेक्ट-चार्जिङ माड्युल + 2 साझा-बस नेटवर्किङ माड्युलहरू

• 300kW अत्यधिक-तेज चार्जिङ र छ वटा 120kW तेज चार्जिङ समावेश गरिएको; PV-संचयन एकीकरण र मध्यम-वोल्टेज ग्रिड जोडन सम्बन्धित

मुख्य कार्यहरू:

• ट्रान्सफार्मर र चार्जिङ माड्युलहरू समावेश गर्दछ; विस्तृत वोल्टेज नियन्त्रण डाइरेक्ट चार्जिङ, सिस्टम प्रभाविता ≥97% (शिखर 98.3%) सम्भव बनाउँदछ

• ग्रिड सहयोग र शक्ति गुणस्तर व्यवस्थापन प्रदान गर्दछ, द्विमुख V2G (वाहन-ग्रिड) र G2V (ग्रिड-वाहन) प्रतिक्रिया सम्भव बनाउँदछ

(4) पार्क विद्युत स्रोत — निम्न-कार्बन पार्क ऊर्जा राउटर (PV-संचयन-चार्जिङ एकीकरण)

सिस्टम आर्किटेक्चर:
SST-आधारित 10kV डाइरेक्ट-कनेक्ट ऊर्जा राउटर, AC10kV र DC750V पोर्टहरू सहित, निर्गत तरफ बैटरी संचयन, डीसी चार्जिङ इन्टरफेसहरू, र डीसी सुरक्षा उपकरणहरू छन्।

मुख्य विन्यास:
315kW SST केबिनेट, 976.12kWp PV, 0.5MW/1.3MWh ऊर्जा संचयन, 10 डीसी चार्जिङ स्टेशनहरू।

अनुप्रयोगको मूल्य:

• पीवी उत्पादन र ऊर्जा संचयन चोटी-काट विनिमय द्वारा विद्युत खर्च कम गर्छ

• स्टेशन क्षमता माग घटाउँछ, ग्रिड प्रभावले बफर गर्छ, र उत्कृष्ट स्केलेबिलिटी प्रदान गर्छ

• आउटपुट-साइड "ठोस अवस्थाको डीसी सर्किट ब्रेकर + डिस्कनेक्ट स्विच" संयोजन भण्डार र चार्जिङ स्टेशनको लागि दोष अलगाव सुनिश्चित गर्छ

(5) नवीन ऊर्जा समावेश — पीवी-टो-हाइड्रोजनको लागि डीसी/डीसी ऊर्जा राउटर

मुख्य परामितिहरू:

• 5MW अलगाइन डीसी/डीसी कन्वर्टर: इनपुट डीसी800–1500V, आउटपुट डीसी0–850V, हाइड्रोजन इलेक्ट्रोलाइझर बसबारसँग जोडिएको

• एक्ल बक्सी क्षमता: 3/6MVA, 3–20MVA बीच स्केलेबिल; आउटपुट वोल्टेज डीसी0–1300V/2000V मा सुनिश्चित गर्न सकिन्छ

तकनीकी फाइदेबाहर:

• एसी ट्रान्समिशन भन्दा रूपान्तरण चरणहरू कम गर्छ; कुल दक्षता 96%–98%

• पर्याप्त श्रृंखला-समान्तर टोपोलोजीहरूसँग उच्च आवृत्तिको अलगाइन डीसी ट्रान्सफार्मरहरू, पीवी, संचयन, रेल ऊर्जा, हाइड्रोजन/एल्युमिनियम उत्पादनका लागि उपयुक्त

• विभिन्न उद्योग-विशिष्ट डीसी ग्रिड आवश्यकताहरूका लागि उपयुक्त ढाँचामा योजनाबद्ध मॉड्युलर प्लेटफार्म

(6) वितरण नेटवर्क अनुकूलन

मध्यम र निम्न वोल्टेज फ्लेक्सिबल इन्टरकनेक्शन डिभाइस:

• भार असंतुलन, बढ्दो वितरित पीवी, ईवी चार्जर विस्तार, र विश्वसनीयता वृद्धिका समाधान

• सामान्य संचालन: सक्रिय/असक्रिय शक्ति प्रवाह नियंत्रण, सुधारी गरिएको नवीन ऊर्जा समावेश, र शक्ति गुणस्तर अलगावको साथ असिनक्रोनस ग्रिड इन्टरकनेक्शन

• दोष स्थिति: द्रुत अलगाव र स्वचालित स्विचओवर गर्दै बाट बंदी रोक्न

10kV डाइरेक्ट-कनेक्ट ऊर्जा संचयन प्रणाली:

• मध्यम/उच्च वोल्टेज ग्रिड कनेक्शन लाइन नुकसान घटाउँछ

• दुई-चरणीय रूपान्तरण विस्तृत वोल्टेज नियन्त्रण सक्षम गर्छ

• मॉड्युलर पीसीएस र बैटरी ढाँचा

• कैस्केडेड एच-ब्रिज टोपोलोजी भन्दा अधिक फ्लेक्सिबल क्षमता, बैटरी अलगाव सुरक्षा र पूर्ण श्रृंखला शक्ति प्रवाह नियन्त्रण सुनिश्चित गर्छ

(7) उत्पादन तिरको ग्रिड कनेक्शन — 10kV डाइरेक्ट-कनेक्ट पीवी नयाँ ग्रिड इन्टरफेस

तकनीकी विशेषताहरू:

• उच्च आवृत्तिको अलगाव + कैस्केडेड ची बी मुख्य सर्किट टोपोलोजी

• क्षमता: N×315kVA (स्केलेबिल), 1500V प्रणालीसँग संगत, दक्षता >98.3%

मुख्य फाइदेबाहर:

• मध्यम वोल्टेज डाइरेक्ट कनेक्शन र अलगाइन डीसी-डीसी MPPT (Maximum Power Point Tracking) र अलगाव/वोल्टेज नियन्त्रण गर्दछ

• सरलीकृत दुई-चरणीय ढाँचा, उच्च दक्षता; 10kV तहमा ग्रिड आवश्यकताहरूको प्रत्यक्ष प्रतिक्रिया दिन्छ

• औद्योगिक, व्यापारिक, र ग्रामीण वितरित पीवी परिदृश्यका लागि उपयुक्त

(8) भार तिर — SST आधारित डेटा सेन्टर शक्ति प्रदान

10kV डाइरेक्ट-कनेक्शन समाधान:

• 2.5MW शक्ति (315kW × 8), प्रणाली दक्षता 98.3%, उच्च आवृत्तिको अलगाइन रूपान्तरण प्रयोग गर्दछ

• डीसी पक्षमा 400VDC डीसी रिंग नेटवर्क

• पूर्ण PWM नियन्त्रण ग्रिड-पक्ष शक्ति गुणांक >0.99, हार्मोनिक्स <3% प्राप्त गर्छ

भविष्यको दृष्टिकोण

AC/DC वितरण नेटवर्कको केन्द्रमा, नवीन ऊर्जा, परिवहन, शक्ति प्रदान, ऊर्जा प्रबंधन, र दोष सुरक्षा तिर विस्तार गर्दै, SSTs एक समग्र प्रणाली समाधान दिन्छ जसमा शामिल छ:

• AC/DC हाइब्रिड शक्ति प्रदान

• स्रोत-ग्रिड-भार-संचयन समावेश

• अनुकूलित ऊर्जा प्रबंधन र शक्ति प्रवाह नियोजन
  अगाडि पीढीको शक्ति प्रणालीको निर्माणमा सहायता गर्न

III. अनुप्रयोग चुनौतीहरू र चर्चा

(1) रिले सुरक्षा संगतता चुनौती
पावर इलेक्ट्रोनिक ट्रान्सफार्मरहरू र पारम्परिक वितरण प्रणालीहरू बीचको संगततामा अनुसन्धान आवश्यक छ, विशेष गरी छोटो-सर्किट, ग्राउंड, र ओपन-सर्किट दोषहरूको लागि। दोष राइड-थ्रू दौराले स्पष्ट नियन्त्रण रणनीतिहरू र रिले सुरक्षा बीचको समन्वय तन्त्र स्थापित गर्नुपर्छ।

(2) नियोजन, प्रबंधन, र निरीक्षण समावेश चुनौतीहरू
नयाँ पावर इलेक्ट्रोनिक उपकरणहरूको व्यापक अपनाउनले नियोजन र निरीक्षणमा अनुकूलन समस्याहरू उत्पन्न गर्छ, जसले तीन मुख्य आवश्यकताहरूको समाधान आवश्यक बनाउँछ:

• • प्रेषण नियम र बाजारको प्रणाली: परम्परागत "स्रोत-भार" तर्क द्विमुखी "भार-स्रोत-ग्रिड" क्रियाकलापहरूलाई समायोजन गर्न सक्दैन। बहुदिशा विद्युत फ्लो बाजारको प्रणाली विकसित गर्नुपर्छ।

  • मानकीकरण र एकसंगतता: विभिन्न उपकरण इन्टरफेस प्रोटोकोलहरू विक्रेताहरूबीचको एकसंगततामा खराबी ल्याउँछ। मानकीकृत संचार प्रोटोकोल र नियन्त्रण आदेश सेटहरूको प्रचार गर्नुपर्छ।

  • क्षेत्रातीत समन्वित प्रेषण: स्वच्छता अन्तर्जोडन परम्परागत क्षेत्रीय सीमाहरूलाई तोड्छ। एकीकृत जिम्मेवारी वितरण, रिजर्भ साझा गर्ने, र क्षेत्रातीत समन्वित प्रेषण ढाँचाहरू स्थापना गर्नुपर्छ।

  यी चुनौतीहरूलाई हल गर्न एकीकृत मानक र निरीक्षण अनुसार अनुपालन मेकनिज्म आवश्यक छन्।