SST-teknologi: Fullstendig scenariosanalyse i kraftproduksjon overføring distribusjon og forbruk

I. Forskningsbakgrunn

Behov for transformasjon av kraftsystemer

Endringer i energistrukturen stiller høyere krav til kraftsystemer. Tradisjonelle kraftsystemer overgår til nygenerasjons kraftsystemer, med de sentrale forskjellene mellom dem som følger:

Ⅱ.Kjerneapplikasjonsområder for fast tilstandstransformatorer (SST)

I bakgrunnen av nye strømsystemer har aktiv støtte, nettintegrering, fleksibel tilkobling og forsynings- og etterspørselsinteraksjon blitt nøkkelforutsetninger for romlig-tidsmessig energikomplementaritet. SST er gjennomført i alle stadier—produksjon, overføring, distribusjon og forbruk—med spesifikke applikasjoner som følger:

• Produksjonsside: Direktekoblede nettansluttede konvertere, nettformende utstyr, mediumspenning DC-transformatorer for integrasjon av vind, sol og lagring.

• Overførings-side: Medium- og høyspenning DC-distribusjonstransformatorer, fleksible DC-tilkoblingsenheter.

• Distribusjonsside: Medium- og lavspenning fleksible tilkoblingsenheter, fleksible distribusjonsstrømtransformatorer (PET), DC-transformatorer for elektrifisert transport.

• Forbrukerside: DC-strømforsyninger for hydrogen/aluminiumproduksjon, direktekoblede opladingsystemer, direktekoblede datacenterstrømforsyninger.

(1) Jernbane traktselv — 25kV traktselv PETT

SST-baserte konverteresystemer er kjerneutstyr for bygging av neste generasjon strømnett.

Nøkkleteknologiske gjennombrudd:

• Høyisolering høyfrekvens topologi konvertering og høyeffektiv høyfrekvens transformator teknologi

• Høy spenning (AC25kV direkte kobling) og høy isolasjonsteknologi under kompakt design (brytningspenning: 85kV/1min)

• Tilpasning til miljø med sterke påvirkninger og vibrasjoner, effektiv fasendrifts kjøling

• Høyfrekvens, høyeffektiv konverteringstopologi og drivteknikk, høyfrekvens modulasjonskontroll med jevn skifting

Anvendelsesresultater:

• Installert og testet på en 140 km/t EMU i 2020, gir ut DC1800V

• Spesifikt effektivitet på 96,7% (2% høyere enn eksisterende systemer), 20% økning i effekttetthet

• Full kontroll på nett-siden muliggjør aktiv filtrering, reaktiv effektkompensasjon, null magnetiseringsinrushstrøm og ingen standbytap

• Verdens første 25kV-SST produkt som har oppnådd kjøretøybasert dynamisk testing

(2) Bybanestrømforsyning — Flere-port energiruter for metro-systemer

Kjerne-design:
Fire-port isolert struktur som støtter traktselv, hjelpselv, energilagring og PV-integrasjon.

Nøkkleteknologier:

• To-nivå fullbro IGBT-basert LLC-kretstopologi

• SiC-basert DAB-kretstopologi med serie-parallell DC-konfigurasjon

• Soft-switching teknologi for strømkomponenter (gren-effektivitet ≥98,5%)

• Delte 12-puls transformator koblet til AC-nettet, eliminere sirkulerende strøm når parallellkoblet med diode rektifisatorer

Anvendelsesfordeler:

• Eliminerer kraftige linje-frekvens regenerative transformatorer; 26% mindre fotavtrykk, reduserer installasjonsrom og anleggskostnader

• Ingen transformatorlasttanstand, muliggjør ombygging av eksisterende linjer

• Integrerer rektifisering, energitilbakemelding, reaktiv effektkompensasjon og harmonisk filtrering for nøyaktig flerport strømflytkontroll

(3) Oplading og batteribyte — 10kV direktekoblet SST for EV-opplading

Systemkonfigurasjon:

• 10kV mediumspenning direktekobling, 1MVA kapasitet: 1 direkte opladingsmodul + 2 delt buss nettverksmoduler

• Konfigurert med 300kW ultrahurtig oplading og seks 120kW hurtigoplader; kompatibel med PV-lagring integrasjon og mediumspenning nettforbindelse

Kjernefunksjoner:

• Integrerer transformator og opladingsmoduler; bredspenningsregulering muliggjør direkte oplading, systemeffektivitet ≥97% (topp 98,3%)

• Tilbyr nettstøtte og strømkvalitetsforvaltning, muliggjør toveis V2G (kjøretøy til nett) og G2V (nett til kjøretøy) interaksjon

(4) Parkstrømforsyning — Lavkarbon parkenergi-ruter (PV-lagring-opplading integrasjon)

Systemarkitektur:
10kV direktekoblet energiruter basert på SST, med AC10kV og DC750V porter, med batterilagring, DC opladingsgrensesnitt og DC beskyttelsesenheter på utgangssiden.

Kjernekonfigurasjon:
315kW SST kabinet, 976,12kWp PV, 0,5MW/1,3MWh energilagring, 10 DC opladingsstasjoner.

Anvendelsesverdi:

• Reduser strømkostnader gjennom fotovoltaiisk produksjon og energilagering for toppbeløpsspesulasjon

• Senker stasjonskapasitetsbehov, demper effekten på nettet og tilbyr utmerket skaleringsevne

• Utdata-sidekombinasjon av "fasttilstands DC-sirkuitbryter + skillebryter" sikrer feilisolering for lagerings- og ladestasjoner

(5) Integrering av fornybar energi — DC/DC energiruter for solcelle til hydrogen

Kjerneparametre:

• 5MW isolert DC/DC-konverter: inngang DC800–1500V, utgang DC0–850V, koblet til hydrogen-elektrolyser-buss

• Enkelt kabinettkapasitet: 3/6MVA, skalbar fra 3–20MVA; utdata spenning tilpasselig til DC0–1300V/2000V

Tekniske fordeler:

• Reduserer konverteringssteg sammenlignet med AC-overføring; total effektivitet 96%–98%

• Høyfrekvens-isolerte DC-transformatorer med fleksible serie-parallell topologier, egnet for solenergi, lagering, jernbane-strøm, hydrogen/aluminium-produksjon

• Modulær, konfigurerbar plattform tilpasset diverse bransjespesifikke DC-nettbehov

(6) Optimalisering av distribusjonsnett

Medium- og lavspennings fleksibel koblingsenhet:

• Løser lastubalanser, økende distribuert solenergi, ekspansjon av EV-ladere og forbedring av pålitelighet

• Normal drift: asynkron nettforbindelse med aktiv/reactiv effektstyring, forbedret integrasjon av fornybar energi og strømkvalitetsisolering

• Feilsituasjon: rask isolering og automatisk overgått for å unngå strømningsbrudd

10kV direktekoblet energilagringssystem:

• Medium/høy spenningskobling reduserer linje-tap

• To-trinns konvertering muliggjør bred spenningsregulering

• Modulær PCS og batterikonfigurasjon

• Mer fleksibel kapasitet sammenlignet med kaskadede H-bryggetopologi, som sikrer batteri-isolasjonssikkerhet og full kjede-effektstyring

(7) Nettkobling på produsentens side — 10kV direktekoblet fotovoltaisk nytt nettgrensesnitt

Tekniske kjennetegn:

• Høyfrekvensisolering + kaskadede CHB-hovedkrets-topologi

• Kapasitet: N×315kVA (skalbar), utdata kompatibel med 1500V-systemer, effektivitet >98.3%

Kjernefordeler:

• Mediumspenningsdirektekobling med isolert DC-DC utfører MPPT (Maximum Power Point Tracking) og isolering/spenningsregulering

• Forenklet to-trinnsarkitektur, høyt effektiv; svarer direkte på nettbehov på 10kV-nivå

• Anvendelig for industrielle, kommersielle og landlige distribuerte solenergiscenarier

(8) Lastside — Strømforsyning basert på SST for datacentre

10kV direktekobling løsning:

• 2,5MW effekt (315kW × 8), systemeffektivitet 98,3%, bruker høyfrekvensisolert konvertering

• 400VDC DC-ringenett på DC-siden

• Full PWM-styring oppnår effektiv faktor >0,99, harmoniske <3%

Fremtidig utsikt

Basert på AC/DC-distribusjonsnett, utvidet til fornybar energi, transport, strømforsyning, energistyring og feilbeskyttelse, muliggjør SST en integrert systemløsning som inkluderer:

• AC/DC-hybrid strømforsyning

• Integrasjon av kilde-nett-last-lagering

• Optimalisert energistyring og effektstrøm-dispatch
  Støtter oppbyggingen av neste generasjons strømsystemer.

III. Anvendelsesutfordringer og diskusjon

(1) Utkast til relèbeskyttelseskompatibilitet
Forskning er nødvendig om kompatibiliteten mellom strømlektroniske transformatorer og tradisjonelle distribusjonssystemer, spesielt for kortslutning, jordfeil og åpningsfeil. Klare kontrollstrategier under feilride-through og koordineringsmekanismer for relèbeskyttelse må etableres.

(2) Utkast, styring og overvåking integrasjonsutfordringer
Den omfattende inntakten av nye strømlektroniske enheter reiser tilpasningsproblemer i utkast og overvåking, som krever løsninger på tre kjernebehov:

• • Utsendelsesregler & markedsmekanismer: Den tradisjonelle logikken om "kilde følger belastning" kan ikke akkommodere toveis "belastning-kilde-nett" interaksjoner. Det må utvikles flerrettede strømflate markedsmekanismer.

  • Standardisering & interoperabilitet: Diverse enhetsgrensesnittprotokoller fører til dårlig interoperabilitet blant leverandører. Standardiserte kommunikasjonsprotokoller og kontrollkommandosett må fremmes.

  • Tverrregionale koordinerte utsendelser: Fleksibel tilkobling bryter med tradisjonelle zoneringens grenser. Det må etableres en felles ansvarsfordeling, reservodeling og tverrregionale koordinerte utsendelsesrammer.

  Disse utfordringene krever enhetlige standarder og overvåkingsutførelsesmekanismer for å løses.