Dörd portlu qalın halqıq_transformatorun dizaynı: Mikrogridlər üçün effektiv inteqrasiya həlliyatı
İqtisadiyyatda elektrikli texnologiyaların istifadəsi artıq, batarya zərfləri və LED sürücülərindən kimi kiçik miqyaslı tətbiqlərdən fəsiləşdirmə (PV) sistemlərindən və elektrik maşınlarından kimi böyük miqyaslı tətbiqlərə qədər. Adətən, enerji sistemi üç hissədən ibarətdir: elektrik stansiyaları, transmisya sistemləri və dağıtım sistemləri. Gəmişdə, əlavə izolyasiya və voltaj uyğulaması üçün nizamən 50/60 Hz transformatorları istifadə edirdilər. Amma, 50/60 Hz transformatorları çox həcmli və ağırlıqdır. Enerji keçidi cihazları yeni və köhnə enerji sistemləri arasında uyğunluq yaratmaq üçün istifadə olunur, sert transformatorlar (SST) konsepsiyasını istifadə edərək. Yüksək və orta frekvanslı enerji keçidini tətbiq etməklə SST-lər gəmişdəki transformatorlardan daha kiçik ölçülü və yüksək enerji sıxlığı ilə xidmət edirlər.
Magnit materialların inkişafı—yuxarı fluk sürəti, yuxarı enerji və frekvans imkanı, və aşağı enerji itiriləri—elmlədlərə yüksək enerji sıxlığı və effektivlik ilə SST-lərin inkişaf etdirilməsinə olanak verdi. Çox hallarda, araştırmalar gəmişdəki iki bükülməli transformatorlar üzərində odaklandı. Amma, paylaşılan nəqliyyatın artan inteqrasiyası, akıllı şəbəkələrin və mikro şəbəkələrin inkişafı çox portlu sert transformatorlar (MPSST) konsepsiyasına gətirdi.
Kəvrin hər portunda iki aktiv köprü (DAB) kəvri istifadə olunur, bu da transformatorun sızıntı indüktansını kəvrinin indüktoru kimi istifadə edir. Bu, əlavə indüktorlara ehtiyac olmadan ölçüləri azaldır və itiriləri də azaldır. Sızıntı indüktansi büküm yerləşməsinə, mərkəz geometriyasına və kəskinlik koeffisiyentinə bağlıdır, bu da transformator dizaynını daha mürəkkəb edir. DAB kəvrilərdə fazalı silme idarəedilməsi portlar arasındakı enerji axını idarə edir. Amma, MPSST-də bir portda olan fazalı silme digər portlardaki enerji axını təsirləyir, port sayı ilə birgə idarəetmə mürəkkəbliyi artır. Nəticədə, çox MPSST araşdırmaları üç portlu sistemlərə yönəlir.
Bu məqalə mikro şəbəkə tətbiqləri üçün sert transformatorun dizaynına diqqət yetirir. Transformator ümumi magnit mərkəzində dörd portu birləşdirir. O, 50 kHz çevrilmə frekvansında işləyir və hər port 25 kW-nin reytinqindədir. Port konfiqurasiyası realistik bir mikro şəbəkə modelini təmsil edir ki, burada elektrik şəbəkəsi, enerji saxlama sistemi, fotovoltaik sistem və yerli yük var. Şəbəkə portu 4,160 VAC-da işləyir, digər üç port isə 400 V-da işləyir.
Dörd Portlu SST
Transformator Dizaynı
Cədvəl 1, transformator mərkəzləri hazırlanması üçün geniş istifadə olunan materialları, onların üstünlüklərini və eksperiməntlərini göstərir. Məqsəd, hər portda 50 kHz işləmə frekvansında 25 kW dəstəkləyə bilən materialı seçməkdir. Ticari olaraq müəyyən edilmiş transformator mərkəzi materialları silis demiri, amorf alian, ferrit və nanokristallikdir. Hədəf tətbiqi - 50 kHz-da işləyən dörd portlu transformator və hər portda 25 kW - ən uyğun mərkəzi material müəyyən edilməlidir. Cədvəldən analiz edildiyində, hem nanokristallik, hem də ferrit potensial adaylar kimi seçildi. Amma, nanokristallik 20 kHz-ın üstündəki çevrilmə frekvanslarında daha yüksək enerji itiriləri göstərir. Buna görə, son olaraq ferrit transformatorun mərkəzi materialı kimi seçildi.
Fərqli Mərkəz Materialları və Onların Xüsusiyyətləri
Transformator mərkəzi dizaynı da mühümdür, çünki bu, kompaktlıq, enerji sıxlığı və ümumi ölçüləri təsirləyir, lakin ən mühümü, transformatorun sızıntı indüktansını təsirləyir. 330 kW, 50 Hz iki portlu transformator üçün mərkəz forması, mərkəz tipi və qab tipi müqayisə edildi, qab tipi konfiqurasiyanın daha aşağı sızıntı indüktansı və daha düzgün enerji axını olduğunu göstərdi. Buna görə, qab tipi konfiqurasiya istifadə ediləcək və hər dörd büküm transformatorun mərkəzi uzunduqda koncentrik şəkildə yerləşdiriləcəkdir, bu da kəskinlik koeffisiyentini artıracaq.
Qab tipi mərkəzin ölçüsü 186×152×30 mm-dir və istifadə edilən ferrit materialı 3C94 4xU93×76×30 mm konfiqurasiyasındadır. Orta voltaj (MV) və yüksək amperiya portları üçün Litz tel istifadə edilir, bunlar nisbətən 3.42 A və 62.5 A reytinqindədir. Aşağı voltaj (LV) portları üçün 16 AWG və 4 AWG tellər istifadə edilir. LV bükümü birlikdə pütülməsi, magnit kəskinliyini artırır.
Təklif olunan MV MPSST dizaynını tamamladıqdan sonra Maxwell-3D/Simplorer simulasiyaları icra edilir. Orta voltaj şəbəkəsi, enerji saxlama, yük və fotovoltaik sistemlərin port voltajları nisbətən 7.2 kVDC və 400 VDC qədər təyin edilir. Simulasiyalar tam yük altında icra olunur, yük portu 50 kHz çevirici frekvansında və 50% dolğu dövrü ilə 25 kW verməkdədir. Güc idarəetməsi, kəvrin hücelləri arasındakı fazalı silmenin tənzimlənməsi ilə başa çatılır. Nəticələr cədvəldə göstərilir. Fərqli modellər, mərkəz forması, kəsmi sahə, itirilər və həcm kimi müxtəlif xüsusiyyətlərə malikdir. Cədvəldən görünür ki, Model 7 daha aşağı sızıntı indüktansı və daha yüksək effektivlik göstərir.
Model və Simulasiya Nəticələri
Eksperimentalların Quraşdırılması
Mərkəz, dörd U formadakı mərkəzlerin bir qatada bir araya getdirilməsi ilə qurulur. Tam mərkəz üç qatdan ibarətdir və bükümü mərkəzi uzunduqda yerləşdirilir. Üç aşağı voltaj (LV) port bükümü birlikdə pütülməklə kəskinlik artırılır. Təklif olunan transformatoru sınamaq üçün iki aktiv köprü (DAB) kəvri dizayn edilir. Kəvri dizaynında SiC MOSFET-lər istifadə olunur. Orta voltaj (MV) portu üçün SiC diodları istifadə edərək redaktor köprüsü qurulur, bu da 7.2 kV-a uyğun direktyiv yük bankına bağlanır.
Nəticə
Bu məqalə, dörd fərqli mənbənin və ya yükün mikro şəbəkə tətbiqlərində inteqrasiyasını imkan verən dörd portlu orta voltajlı çox portlu sert transformator (MV MPSST) dizaynına diqqət yetirir. Transformatorun bir portu 4.16 kV AC reytinqində orta voltaj (MV) portudur. Müxtəlif transformator modelləri və mərkəz materialları öyrəndilir. Transformator dizaynının yanı sıra, MV və LV portları üçün test quraşdırılmaları hazırdı. Eksperimental doğrulamada 99% effektivlik elde edildi.
