Քառածոց պինդ վիճակի ձեռքարկի համակարգը. Միկրոգրայդների արդյունավետ ինտեգրման լուծում

Էլեկտրոնային հզորության օգտագործումը բնական է ավելացնում արդյունաբերության մեջ, սկսած փոքր մասշտաբի կիրառություններից, ինչպես ակկումուլատորների լադերը և LED դիմավորները, վերջացնող մեծ մասշտաբի կիրառություններին, ինչպես ֆոտովոլտային (PV) համակարգերը և էլեկտրական ավտոմեքենաները: Հաճախ, էլեկտրական համակարգը բաղկացած է երեք մասից. էլեկտրակայաններ, փոխանցման համակարգեր և բաշխման համակարգեր: Սովորաբար 50/60-Հց ձգողականները օգտագործվում են երկու նպատակների համար. էլեկտրական անկախություն և լարման համապատասխանություն: Այնուամենայնիվ, 50/60-Հց ձգողականները ծավալով և կշռով մեծ են: Հզորության կոնվերտերները օգտագործվում են նոր և անցկացի էլեկտրական համակարգերի համատեղելիության համար, օգտագործելով պինդ վիճակի ձգողականների (SST) գաղափարը: Բարձր կամ միջին հաճախականությամբ հզորության փոխակերպման օգտագործման միջոցով SST-ները նվազեցնում են ձգողականների չափը և առաջացնում են բարձր հզորության խտություն համեմատած սովորական ձգողականների հետ:

Մագնիսական նյութերի առաջընթացը, որոնք ներառում են բարձր մագնիսական հոսքի խտություն, բարձր հզորություն և հաճախականություն, ինչպես նաև ցածր հզորության կորուստներ, lehetővé tettek kutatók számára, hogy fejlesszék ki magas hatalmi sűrűséggel és hatékonysággal rendelkező SST-ket. A legtöbb esetben a kutatások a hagyományos két tekerős transzformátorokra összpontosítottak. Azonban a terjesztett generáció növekvő integrációja, valamint az intelligens hálózatok és mikrohálózatok fejlesztése vezetett a többportú pezsgő állapotú transzformátorok (MPSST) fogalmához.

A konverter minden portján egy kétkötéses aktív híd (DAB) konvertert használnak, amely a transzformátor áramköri induktivitását használja a konverter induktora részeként. Ez csökkenti a méretet, mivel kiküszöböli a további induktorok szükségességét, és csökkenti a veszteségeket is. Az áramköri induktivitás függ a tekerő elhelyezésétől, a középpont geometriájától és a kötési tényezőtől, ami a transzformátor tervezését bonyolultabbá teszi. A DAB konverterekben a fáziseltolódási irányítást használják a portok közötti hatalomáramlás szabályozására. Azonban az MPSST-ben egy porton a fáziseltolódás befolyásolja a többi porton a hatalomáramlást, ami a portok számának növekedésével növeli az irányítási bonyolultságot. Ennek eredményeként a legtöbb MPSST-kutatás háromportú rendszerekre összpontosít.

Ez a cikk egy mikrohálózati alkalmazásokra tervezett pezsgő állapotú transzformátor tervezésére koncentrál. A transzformátor négy portot integrál egyetlen mágneses alapra. Működik 50 kHz kapcsolófrekvencián, ahol minden port 25 kW-os. A port konfiguráció egy valós mikrohálózati modellt reprezentál, amely tartalmazza a szolgáltató hálózatot, energia tároló rendszert, fotovoltai rendszert és helyi terhelést. A hálózati port 4,160 VAC-on működik, míg a másik három port 400 V-on.

Չորս Պորտով SST

Transzformátor Tervezése

1--es táblázatban láthatók a transzformátor alapok gyártásához gyakran használt anyagok, valamint előnyeik és hátrányuk. A cél a megfelelő anyag kiválasztása, amely képes támogatni 25 kW-t minden portron 50 kHz működési frekvencián. A kereskedelmi elérhetőséggel bíró transzformátor alapanyagok között találhatók a szilíciumvas, a kriształlográfia nélküli szövetszer, a ferit és a nanokristályos. A célalkalmazásnál - egy 50 kHz-on működő, 25 kW-os négy portú transzformátor - a legmegfelelőbb alapanyagot kell meghatározni. A táblázat elemzésével a nanokristályos és a ferit kerültek a végleges választásba. Azonban a nanokristályos esetében a 20 kHz-nál magasabb kapcsolófrekvencián nagyobb hatalmi veszteségek léphetnek fel. Így a ferit lett a végső kiválasztás a transzformátor alapanyagául.

Különböző Alapanyagok és Azok Jellemzői

A transzformátor alap tervezése is kulcsfontosságú, mivel befolyásolja a kompaktságot, a hatalmi sűrűséget és az összes méretet, de legfőképpen a transzformátor áramköri induktivitását. Egy 330 kW, 50 Hz kétportú transzformátor esetén összehasonlították a "core-type" és "shell-type" alakzatokat, és kimutatták, hogy a "shell-type" konfiguráció alacsonyabb áramköri induktivitást és simább hatalomáramlást biztosít. Így a "shell-type" konfigurációt használják, ahol a négy tekerő koncentrikusan helyezkedik el a transzformátor középső szárán, ezzel javítva a kötési tényezőt.

A "shell-type" alap méretei 186×152×30 mm, és a használt ferit anyag a 3C94, 4xU93×76×30 mm konfigurációban. A közepes feszültségű (MV) és a magas áramerősségű portok tekercséhez Litz drótot használnak, amelyek 3.42 A és 62.5 A-os arányban vannak beállítva. A könnyű feszültségű (LV) portokhoz 16 AWG és 4 AWG drót használnak. A LV tekerők együttes forgatása tovább javítja a mágneses kötést.

A javasolt MV MPSST tervezés befejezése után Maxwell-3D/Simplorer szimulációkat végeznek. A közepes feszültségű hálózat, energia tároló rendszer, terhelés és fotovoltai rendszerek port feszültségei 7.2 kVDC-re és 400 VDC-re vannak beállítva. A szimulációkat teljes terhelés mellett végezik, ahol a terhelési port 25 kW-ot szolgáltat 50 kHz kapcsolófrekvencián és 50%-os működési időarányban. A hatalomirányítást a konverter cellák közötti fáziseltolódás beállításával érik el. Az eredmények a táblázatban jelennek meg. Különböző modellek különböző jellemzőket mutatnak, mint például alakzat, keresztmetszet, veszteség és térfogat. A táblázat szerint a 7-es Modell alacsonyabb áramköri induktivitást és magasabb hatékonyságot mutat.

Modell és Szimulációs Eredmények

Kísérleti Beállítás

Az alapot négy U-alakú alapból építik fel egy rétegbe. A teljes alap három rétegből áll, ahol a tekerőket a középső szárban helyezik el. A három könnyű feszültségű (LV) port tekerőit együtt forgatják, hogy javítsák a kötést. Egy kétkötéses aktív híd (DAB) konvertert terveznek a javasolt transzformátor tesztelésére. A konverter tervezésében SiC MOSFET-eket használnak. A közepes feszültségű (MV) portnál egy SiC diódákból álló rectifier híd van implementálva, amelyet egy 7.2 kV-ra szabott ellenállási terhelési bankhoz is csatlakoztatnak.

Következtetés

Ez a cikk egy négy portú közepes feszültségű többportú pezsgő állapotú transzformátor (MV MPSST) tervezésére koncentrál, amely lehetővé teszi négy különböző forrás vagy terhelés integrálását mikrohálózati alkalmazásokban. A transzformátor egyik portja egy közepes feszültségű (MV) port, amely 4.16 kV AC-ra van beállítva. Különböző transzformátor modelleket és alapanyagokat vizsgáltak. A transzformátor tervezés mellett MV és LV portokhoz is készítettek tesztbeállításokat. A kísérleti ellenőrzés során 99% hatékonyságot értek el.