Dearbhadh a Chonair Stáit Shólídeach le Ceithre Port: Solútar Iompraíoch do Mhícrogrídeanna

Tá an úsáid de réachtaíochtaí cumhachta ag méadú sa tionscal, ó úsáidí ar scála beag cosúil le hionchúlaithe bataí agus dréachtóirí LED, go dtí úsáidí ar scála mór cosúil le córais fotovoltaic (PV) agus gluaisteáin eilectra. Is minic gur trí chuid atá ina chóras cumhachta: stáisiúin cumhachta, córais tráchtála, agus córais díolacháin. Trádisionálta, úsáidear transfómaithe freisinse íseal chun dhá rud: éagsúlacht eileactrach agus comhréiteachadh voltaí. Ach, is mó agus is trom iad na transfómaithe 50-/60-Hz. Úsáidear riatóirí cumhachta chun comhoibrithe a chur ar aghaidh idir córais cumhachta nua agus coiméadacha, ag brath ar an gcúnamh de transfómaithe staighréada (SST). Tá SSTs ag laghdú ar mhéid na transfómaithe agus ag tabhairt séide cumhachta níos airde ná na transfómaithe coitianta trí úsáid a bhaint as riatáil cumhachta ar fhréimeanna ard- nó meán-ard.

Tá forbairt déantar ar ábhair maighnéadacha - le lúth fluis sódach, cumas cumhachta agus fréimeadh ard, agus forcaí cumhachta íseal - tar éis do thaighdeoirí SSTs le séide cumhachta agus éifeacht níos airde a fhorbairt. Sa chuid is mó, tá taighde dírithe ar transfómaithe dhual-chomhluach coitianta. Ach, tá an tionscadal iompairteoireachta casta go forleathan, mar aon le forbairt gréasáin ciúine agus micrógréasáin, tar éis don coincheap multi-port solid-state transformers (MPSST) a thabhairt chun cinn.

Ag gach port den riatóir, úsáidear riatóir dual active bridge (DAB), a úsáideann inductance fuafach an transfómaithe mar inductance an riatóir. Léiríonn sé seo laghdú ar mhéid trí éilimint inductors breise a dhíbirt agus forcaí a laghdú freisin. Bhíonn inductance fuafach ag brath ar shuíomh an windings, geamtrais an core, agus co-efficiency coupling, ag déanamh an dearadh an transfómaithe níos casta. Úsáidear rialú phase shift i riatóirí DAB chun sruth cumhachta idir na portaí a rialú. Ach, i MPSST, éifeachtaíonn phase shift ag ceann amháin port ar sruth cumhachta ag portaí eile, ag méadú castacht rialú le líon na gportaí. Mar thoradh, is ar chuid is mó taighde MPSST a dírítear ar chórais trí phort.

Bunann an páipéar seo ar an ndearadh a transfómaithe staighréada do úsáid i micrógréasáin. Cuireann an transfómaithe ceithre portaí ar aon core maighnéadach. Oibríonn sé ar a fhreimeadh switch 50 kHz, le gach port ráitiúil do 25 kW. Tá an chonfigúrát port a léiríonn modail micrógréasán réalaí a chompróidh an grid utility, córas stórála cumhachta, córas PV, agus tuairisc áitiúil. Oibríonn an port grid ag 4,160 VAC, agus oibríonn na trí phorta eile ag 400 V.

Four-Port SST

Dearadh an Transfómaithe

Léiríonn Tabhlach 1 ábhair éagsúla úsáide go coitianta do chur chun cinn cores transformer, leis na buntáistí agus na míbhuntáistí. Is é an spiorad a chur ar aghaidh ábhar a chumas 25 kW gach port ag freimeadh oibriú 50 kHz. I measc na gábhar trasnformaire core atá ar fáil ar an margadh tá sílice steel, amorphous alloy, ferrite, agus nanocrystalline. Do an tapplicatíon teorainne - a transfómaithe ceithre-phort oibríonn ag 50 kHz le 25 kW gach port - is féidir a chumas core material is fearr a aithint. Trí an tabhlach a chur chuige, roghnaítear nanocrystalline agus ferrite mar iarrthóirí. Ach, léiríonn nanocrystalline forcaí cumhachta níos airde ag freimeadh switch os cionn 20 kHz. Mar sin, roghnaítear ferrite mar the core material don transfómaithe.

Éagsúlacht Ábhar Core agus A Chúlraí

Tá dearadh an core an transfómaithe chomh maith, mar a éifeachtaíonn sé ar ghruas, séide cumhachta, agus méid iomlán - ach is féidir é a rá go príomha, éifeachtaíonn sé ar inductance fuafach an transfómaithe. Do a 330-kW, 50-Hz dual-port transfómaithe, tá formai core cosúil le core-type agus shell-type curtha i gcomparáid, ag léiriú go díolann an chonfigúrát shell-type inductance fuafach níos íse agus sruth cumhachta níos sootha. Mar sin, úsáidfear an chonfigúrát shell-type, le gach ceithre windings stacked concentrically ar an líon lárnach an transfómaithe, ag feabhsú ar an co-efficiency coupling.

Tá an core shell-type 186×152×30 mm, agus an t-ábhar ferrite a úsáidtear 3C94 in a 4xU93×76×30 mm chonfigúrát. Úsáidear litz wire chun an windings medium-voltage (MV) agus high-current ports, ráitiúil do 3.42 A agus 62.5 A, respectively. Do na low-voltage (LV) portaí, úsáidear 16 AWG agus 4 AWG wires. Tá an LV windings ansin ag a chéile chun an magnetic coupling a fheabhsú.

Tar éis an dearadh MV MPSST molta a chur i bhfeidhm, déantar Maxwell-3D/Simplorer simuláid. Tá na voltáid port do na medium-voltage grid, energy storage, load, agus córais photovoltaic suite ag 7.2 kVDC agus 400 VDC, respectively. Déantar simuláid faoi full load, leis an port load ag soláthar 25 kW ag freimeadh switch 50 kHz agus 50% duty cycle. Rialaítear an cumhacht trí athrú phase shift idir na cellaí riatóir. Tá na torthaí léirithe sa tabhlach. Léiríonn éagsúlacht modail charactaristici éagsúla cosúil le foirm core, achar cross-sectional, forcaí, agus volume. Mar a léirítear sa tabhlach, léiríonn Model 7 inductance fuafach níos íse agus éifeacht níos airde.

Torthaí Model agus Simuláid

Seoleadh Feidhmchlárach

Tógann an core le ceithre U-shaped cores a chur le chéile ina céim. Tá an core iomlán triú céim le windings suite ar an líon lárnach. Tá na trí low-voltage (LV) port windings windings ansin chun an coupling a fheabhsú. Tá riatóir dual active bridge (DAB) deartha chun an transfómaithe molta a thástáil. Úsáidear SiC MOSFETs sa dearadh an riatóir. Do an port medium-voltage (MV), cuirtear isteach a rectifier bridge using SiC diodes, a bhfuil connected to a resistive load bank rated to handle 7.2 kV.

Conradh

Bunann an páipéar seo ar an ndearadh a transfómaithe ceithre-phort medium-voltage multi-port solid-state (MV MPSST) a chumasóidh an chumhacht a chur le chéile cheithre foinse nó load éagsúla i micrógréasáin. Is é aon port den transfómaithe port medium-voltage (MV) ráitiúil do 4.16 kV AC. Scrúdaítear éagsúlacht modail an transfómaithe agus ábhair core. In addition to the transformer design, test setups were developed for both the MV and LV ports. An efficiency of 99% was achieved in the experimental validation.