ٹیکنالوجی SST: برق کے تولید، منتقلی، تقسیم اور صرف میں مکمل سیناریو کا تجزیہ

I. تحقیق کا پس منظر

نیاز برای تحول نظام برق

تبدیلی در ساختار انرژی از نظام برق درخواست‌های بالاتری را مطرح می‌کند. نظام‌های برق سنتی در حال تغییر به نظام‌های برق نسل جدید هستند، با تفاوت‌های اصلی بین آنها به شرح زیر:

Ⅱ. سولڈ سٹیٹ ٹرانسفرمرز (SST) کے بنیادی اطلاقیاتی سیناریوز

نئے بجلی کے نظام کے پس منظر میں، فعال حمایت، گرڈ کی تکاملی تنظیم، مرونة سے متصلہ، اور تقاضہ-فراہمی کا تفاعل، زمانوی و مکانی توانائی کے متبادل کے لیے کلیدی ضروریات بن چکے ہیں۔ SST تمام مرحلوں - تولید، نقل و حرکت، تقسیم، اور استعمال - میں موجود ہیں، ان کے خاص اطلاقیات درج ذیل ہیں:

• تولید کی طرف: دیوال سے متصل گرڈ-متصل کنورٹرز، گرڈ-بنانے والی آلات، وینڈ، سورجی، اور ذخیرہ کرنے کے لیے مڈل ولٹیج ڈی سی ٹرانسفرمرز۔

• نقل و حرکت کی طرف: مڈل اور ہائی ولٹیج ڈی سی تقسیمی ٹرانسفرمرز، مرونة سے ڈی سی رابطہ کرنے والی آلات۔

• تقسیم کی طرف: مڈل اور لو ولٹیج مرونة سے رابطہ کرنے والے یونٹس، مرونة سے تقسیمی بجلی کے الیکٹرانک ٹرانسفرمرز (PET)، برقی نقل و حرکت کے لیے ڈی سی ٹرانسفرمرز۔

• استعمال کی طرف: ہائیڈروجن/الومینیم تیار کرنے کے لیے ڈی سی بجلی کی فراہمی، دیوال سے متصل چارجنگ نظام، دیوال سے متصل ڈیٹا سنٹر کی بجلی کی فراہمی۔

(1) ریل نقل و حرکت کی ٹریکشن — 25kV ٹریکشن PETT

SST مبنی کنورٹر نظام نئے نسل کے بجلی کے گرڈ بنانے کے لیے کلیدی آلات ہیں۔

کلیدی ٹیکنالوجیکل کامیابیاں:

• بالا عزل بالافریقی طوبولوجی کنورژن اور بالائی طاقت بالافریقی ٹرانسفرمر ٹیکنالوجیاں

• بالا ولٹیج (AC25kV دیوال سے متصل) اور جامع ڈیزائن کے تحت بالا عزل ٹیکنالوجی (برداشت کرنے کی قوت: 85kV/1min)

• مشدید اثر اور کنجشن کے ماحول کے لیے مطابقت، کارآمد فیز تبدیل کرنے کی تبرید

• بالافریقی، بالا کارآمدی کنورژن طوبولوجیاں اور ڈرائیونگ ٹیکنالوجیاں، کھسستہ سوئچنگ کے ساتھ بالافریقی مدکنٹرول

اطلاقی نتائج:

• 2020 میں 140 کلومیٹر فی گھنٹہ EMU پر نصب اور ٹیسٹ کیا گیا، DC1800V نکاسی کرتا ہے

• معیاری کارآمدی 96.7% (موجودہ نظاموں سے 2% زیادہ)، طاقت کی چگنی میں 20% اضافہ

<

• پوری طرح کنٹرول شدہ گرڈ کی طرف سے فعال فلٹرنگ، غیر فعال طاقت کی معاوضہ، صفر میگنٹائزنگ کے ساتھ داخلی روکش اور کوئی اسٹینڈبائی نقصانات

• دنیا کا پہلا 25kV-SST پروڈکٹ جس نے گاڑی کے اوپر دائرہ کار میں ڈائنامک ٹیسٹنگ حاصل کیا ہے

(2) شہری ریل کی بجلی کی فراہمی — میٹرو نظام کے لیے ملٹی پورٹ اینرجی روتر

کلیدی ڈیزائن:
چار پورٹوں والا عزل شدہ ڈھانچہ جس میں ٹریکشن بجلی، معاون بجلی، ذخیرہ کرنے، اور فوٹو وولٹائیک تکامل کی حمایت ہوتی ہے۔

کلیدی ٹیکنالوجیاں:

• IGBTs پر مبنی دو سطحی فل بریج LLC سرکٹ طوبولوجی

• SiC پر مبنی DAB سرکٹ طوبولوجی سیریز-پیرلیل ڈی سی کنفیگریشن کے ساتھ

• پاور ڈیوائسز کے لیے نرم سوئچنگ ٹیکنالوجی (شاخ کارآمدی ≥98.5%)

• AC گرڈ سے مربوط 12 پلس ٹرانسفرمر کو شیئر کیا جاتا ہے، جس سے ڈائود ریکٹیفائرز کے ساتھ متوازی کرنے کے دوران رینگنے والی کرنٹیں ختم ہو جاتی ہیں

اطلاقی فوائد:

• موٹے لائن فریکوئنسی رجینریٹو ٹرانسفرمرز کو ختم کر دیا جاتا ہے؛ 26% چھوٹا چگنی، نصب کرنے کے مکانی رقبے اور تعمیر کے اخراجات کو کم کرتا ہے

• ٹرانسفرمر کے کوئی نoload نقصانات نہیں، موجودہ لائن کو ریٹرو فٹ کرنے کی اجازت دیتے ہیں

• ریکٹیفکشن، توانائی کی واپسی، غیر فعال معاوضہ، اور ہارمونک فلٹرنگ کو مجموعی طور پر کنٹرول کرنے کے لیے پریسیزن ملٹی پورٹ پاور فلو کنٹرول

(3) چارجنگ اور بیٹری سوپ — EV چارجنگ کے لیے 10kV دیوال سے متصل SST

نظام کی کنفیگریشن:

• 10kV مڈل ولٹیج دیوال سے متصل، 1MVA طاقت: 1 دیوال سے متصل چارجنگ ماڈیول + 2 شیئرڈ بس نیٹ ورکنگ ماڈیولز

• 300kW اسرع چارجنگ اور چھ 120kW تیز چارجرز کے ساتھ کنفیگر کیا گیا ہے؛ PV-ذخیرہ کرنے کے تکامل اور مڈل ولٹیج گرڈ کنکشن کے ساتھ مطابقت ہوتی ہے

کلیدی فنکشنز:

• ٹرانسفرمر اور چارجنگ ماڈیولز کو مجموعی طور پر کنٹرول کرتا ہے؛ وسیع رینج ولٹیج کنٹرول مستقیم چارجنگ کو ممکن بناتا ہے، نظام کی کارآمدی ≥97% (چوٹی 98.3%)

• گرڈ کی حمایت اور بجلی کی کوالٹی کا مینجمنٹ فراہم کرتا ہے، دونوں طرف V2G (گاڑی سے گرڈ) اور G2V (گرڈ سے گاڑی) کے تعلقات کو ممکن بناتا ہے

(4) پارک بجلی کی فراہمی — کاربن کم پارک اینرجی روتر (PV-ذخیرہ کرنے-چارجنگ کا تکامل)

نظام کا آرکیٹیکچر:
SST پر مبنی 10kV دیوال سے متصل اینرجی روتر، جس میں AC10kV اور DC750V پورٹس شامل ہیں، باہر کی طرف بیٹری ذخیرہ، ڈی سی چارجنگ انٹرفیس، اور ڈی سی حفاظتی آلات شامل ہیں۔

کلیدی کنفیگریشن:
315kW SST کابینٹ، 976.12kWp PV، 0.5MW/1.3MWh ذخیرہ کرنے، 10 ڈی سی چارجنگ اسٹیشن۔

اطلاقی قدر:

• بمکانیزم تولید برق از طریق پنل‌های خورشیدی و ذخیره سازی انرژی، هزینه‌های برق را از طریق قیمت‌گذاری در دوره‌های پیک کاهش می‌دهد

• درخواست ظرفیت ایستگاه را کاهش می‌دهد، تاثیر بر شبکه را کاهش می‌دهد و مقیاس‌پذیری عالی ارائه می‌دهد

• ترکیب "سیم کاتر دی‌سی جامد + سوئیچ جداکننده" در سمت خروجی، تضمین می‌کند که خطاهای ذخیره‌سازی و ایستگاه‌های شارژ به صورت جداگانه باشند

(5) یکپارچه‌سازی انرژی‌های تجدیدپذیر — مسیریاب انرژی دی‌سی/دی‌سی برای تبدیل فتوولتائیک به هیدروژن

پارامترهای اصلی:

• مبدل دی‌سی/دی‌سی 5 مگاوات: ورودی دی‌سی 800-1500 ولت، خروجی دی‌سی 0-850 ولت، متصل به حافه الکترولیزر هیدروژن

• ظرفیت کابینت تک: 3/6 مگاوات، قابل مقیاس‌سازی از 3-20 مگاوات؛ ولت خروجی قابل تنظیم به دی‌سی 0-1300 ولت/2000 ولت

مزایای فنی:

• تعداد مراحل تبدیل را نسبت به انتقال آکی کاهش می‌دهد؛ کارایی کلی 96٪-98٪

• تبدیل‌کننده‌های دی‌سی با فرکانس بالا با توپولوژی‌های سری-موازی انعطاف‌پذیر، مناسب برای فتوولتائیک، ذخیره‌سازی، انرژی ریل، تولید هیدروژن/آلومینیوم

• پلتفرم مدولار قابل تنظیم برای نیازهای مختلف شبکه‌های دی‌سی صنعتی

(6) بهینه‌سازی شبکه توزیع

دستگاه اتصال انعطاف‌پذیر متوسط و کم ولتاژ:

• عدم تعادل بار، افزایش تولید فتوولتائیک توزیع شده، گسترش شارژر خودروهای برقی و بهبود قابلیت اطمینان را حل می‌کند

• عملکرد معمول: اتصال غیرهمزمان شبکه با کنترل جریان قدرت فعال/غیرفعال، بهبود یکپارچه‌سازی انرژی‌های تجدیدپذیر و جداسازی کیفیت توان

• شرایط خطا: جداسازی سریع و تغییر خودکار برای جلوگیری از قطعی

سیستم ذخیره‌سازی انرژی مستقیم 10 کیلوولت:

• اتصال به شبکه متوسط/بالا ولتاژ باعث کاهش زیان‌های خط می‌شود

• تبدیل دو مرحله‌ای امکان تنظیم ولتاژ در محدوده وسیع را فراهم می‌کند

• پیکربندی مدولار PCS و باتری

• ظرفیت انعطاف‌پذیر بیشتر نسبت به توپولوژی پل H متوالی، با تضمین ایمنی عایق باتری و کنترل جریان توان کامل

(7) اتصال شبکه در سمت تولید — رابط شبکه جدید فتوولتائیک مستقیم 10 کیلوولت

ویژگی‌های فنی:

• جداکننده فرکانس بالا + توپولوژی مدار اصلی CHB متوالی

• ظرفیت: N×315 کیلوولت-آمپر (قابل مقیاس‌سازی)، خروجی سازگار با سیستم‌های 1500 ولت، کارایی >98.3٪

مزایای اصلی:

• اتصال مستقیم ولتاژ متوسط با انجام MPPT (تعقیب نقطه قدرت ماکزیمم) و جداسازی/تنظیم ولتاژ توسط مبدل دی‌سی-دی‌سی جداکننده

• معماری دو مرحله‌ای ساده، بسیار کارآمد؛ به طور مستقیم به تقاضاهای شبکه در سطح 10 کیلوولت پاسخ می‌دهد

• قابل استفاده در سناریوهای توزیع شده فتوولتائیک صنعتی، تجاری و روستایی

(8) سمت بار — تأمین انرژی مرکز داده بر اساس SST

راه‌حل اتصال مستقیم 10 کیلوولت:

• قدرت 2.5 مگاوات (315 کیلووات × 8)، کارایی سیستم 98.3٪، با استفاده از تبدیل جداکننده فرکانس بالا

• شبکه حلقه‌ای دی‌سی 400 ولت در سمت دی‌سی

• کنترل PWM کامل باعث می‌شود عامل توان شبکه >0.99 و هارمونیک‌ها <3٪ باشد

چشم‌انداز آینده

با تمرکز بر شبکه‌های توزیع آکی/دی‌سی، گسترش به انرژی‌های تجدیدپذیر، حمل و نقل، تأمین انرژی، مدیریت انرژی و محافظت از خطاهای SST، راه‌حل سیستم یکپارچه شامل:

• تأمین ترکیبی آکی/دی‌سی

• یکپارچه‌سازی منبع-شبکه-بار-ذخیره‌سازی

• مدیریت و تخصیص جریان توان بهینه
  پشتیبانی از ساخت سیستم‌های برق نسل بعدی.

III. چالش‌های کاربردی و بحث

(1) چالش سازگاری حفاظت رله‌ای
نیاز به تحقیق در سازگاری بین ترانسفورماتورهای الکترونیکی قدرت و سیستم‌های توزیع سنتی، به ویژه برای خطاهای کوتاه مدار، زمین و باز شدن مدار. باید استراتژی‌های کنترل واضح در حین عبور از خطا و مکانیسم‌های هماهنگی حفاظت رله‌ای ایجاد شوند.

(2) چالش‌های یکپارچه‌سازی برنامه‌ریزی، مدیریت و نظارت
گسترش گسترده تجهیزات الکترونیکی قدرت جدید مسائل تطبیقی در برنامه‌ریزی و نظارت را مطرح می‌کند که نیاز به رفع سه نیاز اصلی است:

• پیش‌نویس قوانین و مکانیزم‌های بازار: منطق سنتی "منبع به تبعیت از بار" نمی‌تواند تعاملات دوطرفه "بار-منبع-شبکه" را در بر بگیرد. باید مکانیزم‌های بازار جریان قدرت چندجهته توسعه یابند.

• استانداردسازی و همکاری: پروتکل‌های رابط مختلف دستگاه‌ها منجر به همکاری ضعیف بین تامین‌کنندگان می‌شود. باید پروتکل‌های ارتباطی استاندارد و مجموعه‌های دستورالعمل کنترل تروج یابند.

• پیش‌نویس هماهنگ شده میان مناطق: اتصال انعطاف‌پذیر مرزهای تقسیم‌بندی سنتی را بشکنید. باید چارچوب‌های تخصیص مسئولیت یکپارچه، به اشتراک گذاری ذخیره و پیش‌نویس هماهنگ شده میان مناطق ایجاد شوند.

این چالش‌ها نیازمند استانداردهای یکپارچه و مکانیزم‌های اجرای نظارتی برای حل هستند.