నాలుగు పోర్ట్ల గల సాలిడ్-స్టేట్ ట్రాన్స్‌ఫอร్మర్: మైక్రోగ్రిడ్ల కోసం దక్కన అంతర్గత పరిష్కారం

పరిశ్రమలో పవర్ ఎలక్ట్రానిక్స్ ఉపయోగం చిన్న స్థాయి అనువర్తనాల నుండి బ్యాటరీల కోసం ఛార్జర్లు మరియు LED డ్రైవర్ల వరకు, ఫొటోవోల్టయిక్ (PV) సిస్టమ్స్ మరియు ఎలక్ట్రిక్ వాహనాల వంటి పెద్ద స్థాయి అనువర్తనాల వరకు పెరుగుతోంది. సాధారణంగా, ఒక పవర్ సిస్టమ్ మూడు భాగాలను కలిగి ఉంటుంది: పవర్ ప్లాంట్లు, ట్రాన్స్మిషన్ సిస్టమ్స్ మరియు డిస్ట్రిబ్యూషన్ సిస్టమ్స్. సాంప్రదాయికంగా, రెండు ప్రయోజనాల కోసం తక్కువ-పౌనఃపున్య ట్రాన్స్ఫార్మర్లు ఉపయోగించబడతాయి: ఎలక్ట్రికల్ ఐసోలేషన్ మరియు వోల్టేజి మ్యాచింగ్. అయితే, 50-/60-హెచ్జెడ్ ట్రాన్స్ఫార్మర్లు పెద్దవి మరియు బరువుగా ఉంటాయి. సాలిడ్-స్టేట్ ట్రాన్స్ఫార్మర్ల (SST) యొక్క భావనను ఉపయోగించి కొత్త మరియు పాత పవర్ సిస్టమ్స్ మధ్య సహాయోక్తిని సాధించడానికి పవర్ కన్వర్టర్లు ఉపయోగించబడతాయి. అధిక-లేదా మధ్యస్థ-పౌనఃపున్య పవర్ కన్వర్షన్‌ను ఉపయోగించడం ద్వారా, SSTలు ట్రాన్స్ఫార్మర్ పరిమాణాన్ని తగ్గిస్తాయి మరియు సాంప్రదాయిక ట్రాన్స్ఫార్మర్లతో పోలిస్తే ఎక్కువ పవర్ సాంద్రతను అందిస్తాయి.

అధిక ఫ్లక్స్ సాంద్రత, అధిక పవర్ మరియు పౌనఃపున్య సామర్థ్యం మరియు తక్కువ పవర్ నష్టాలతో కూడిన అయస్కాంత పదార్థాలలో జరిగిన అభివృద్ధి సాలిడ్-స్టేట్ ట్రాన్స్ఫార్మర్లను అధిక పవర్ సాంద్రత మరియు సమర్థతతో అభివృద్ధి చేయడానికి పరిశోధకులకు అనుమతించింది. చాలా సందర్భాలలో, పరిశోధన సాంప్రదాయిక డ్యుయల్-వైండింగ్ ట్రాన్స్ఫార్మర్లపై దృష్టి పెట్టింది. అయితే, వితరణ చేసిన జనరేషన్ యొక్క పెరుగుతున్న ఏకీకరణతో పాటు స్మార్ట్ గ్రిడ్లు మరియు మైక్రోగ్రిడ్ల అభివృద్ధి మల్టీ-పోర్ట్ సాలిడ్-స్టేట్ ట్రాన్స్ఫార్మర్ల (MPSST) యొక్క భావనకు దారితీసింది.

కన్వర్టర్ యొక్క ప్రతి పోర్ట్ వద్ద, ట్రాన్స్ఫార్మర్ యొక్క లీకేజి ఇండక్టెన్స్ ను కన్వర్టర్ యొక్క ఇండక్టర్ గా ఉపయోగించే డ్యుయల్ యాక్టివ్ బ్రిడ్జి (DAB) కన్వర్టర్ ఉపయోగించబడుతుంది. ఇది అదనపు ఇండక్టర్ల అవసరాన్ని తొలగించడం ద్వారా పరిమాణాన్ని తగ్గిస్తుంది మరియు నష్టాలను తగ్గిస్తుంది. వైండింగ్ స్థానం, కోర్ జ్యామితి మరియు కప్లింగ్ గుణకంపై లీకేజి ఇండక్టెన్స్ ఆధారపడి ఉంటుంది, ఇది ట్రాన్స్ఫార్మర్ డిజైన్‌ను మరింత సంక్లిష్టం చేస్తుంది. DAB కన్వర్టర్లలో పోర్ట్ల మధ్య పవర్ ప్రవాహాన్ని నియంత్రించడానికి ఫేజ్ షిఫ్ట్ కంట్రోల్ ఉపయోగించబడుతుంది. అయితే, MPSSTలో, ఒక పోర్ట్ వద్ద ఫేజ్ షిఫ్ట్ ఇతర పోర్ట్ల వద్ద పవర్ ప్రవాహాన్ని ప్రభావితం చేస్తుంది, పోర్ట్ల సంఖ్యతో పాటు కంట్రోల్ సంక్లిష్టత పెరుగుతుంది. ఫలితంగా, చాలా MPSST పరిశోధనలు మూడు-పోర్ట్ సిస్టమ్స్పై దృష్టి పెడతాయి.

ఈ పత్రం మైక్రోగ్రిడ్ అనువర్తనాల కోసం సాలిడ్-స్టేట్ ట్రాన్స్ఫార్మర్ డిజైన్‌పై దృష్టి పెడుతుంది. ట్రాన్స్ఫార్మర్ ఒకే మాగ్నెటిక్ కోర్ పై నాలుగు పోర్ట్లను ఏకీకృతం చేస్తుంది. ఇది 50 kHz స్విచ్చింగ్ పౌనఃపున్యం వద్ద పనిచేస్తుంది, ప్రతి పోర్ట్ 25 kW కు రేట్ చేయబడింది. పోర్ట్ కాన్ఫిగరేషన్ యూటిలిటీ గ్రిడ్, ఎనర్జీ స్టోరేజ్ సిస్టమ్, ఫొటోవోల్టయిక్ సిస్టమ్ మరియు స్థానిక లోడ్ కలిగిన నిజమైన మైక్రోగ్రిడ్ మోడల్‌ను సూచిస్తుంది. గ్రిడ్ పోర్ట్ 4,160 VAC వద్ద పనిచేస్తుంది, మిగిలిన మూడు పోర్ట్లు 400 V వద్ద పనిచేస్తాయి.

నాలుగు-పోర్ట్ SST

ట్రాన్స్ఫార్మర్ డిజైన్

పట్టిక 1 ట్రాన్స్ఫార్మర్ కోర్లను తయారు చేయడానికి సాధారణంగా ఉపయోగించే వివిధ పదార్థాలను, వాటి ప్రయోజనాలు మరియు ప్రతికూలతలతో పాటు చూపిస్తుంది. లక్ష్యం 50 kHz పనిచేసే పౌనఃపున్యం వద్ద ప్రతి పోర్ట్ కు 25 kW ను మద్దతు ఇంచగల పదార్థాన్ని ఎంచుకోవడం. వాణిజ్యపరంగా అందుబడే ట్రాన్స్ఫార్మర్ కోర్ పదార్థాలలో సిలికాన్ స్టీల్, అమోర్ఫస్ స్పర్శ, ఫెర్రైట్ మరియు నానోక్రిస్టలైన్ ఉన్నాయి. లక్ష్య అనువర్తనం కోసం—50 kHz వద్ద పనిచేసే 25 kW ప్రతి పోర్ట్ తో నాలుగు-పోర్ట్ ట్రాన్స్ఫార్మర్, అత్యంత సరైన కోర్ పదార్థాన్ని గుర్తించాలి. పట్టికను విశ్లేషించడం ద్వారా, నానోక్రిస్టలైన్ మరియు ఫెర్రైట్ రెండూ సంభావ్య అభ్యర్థులుగా జాబితా చేయబడ్డాయి. అయితే, నానోక్రిస్టలైన్ 20 kHz పైన స్విచ్చింగ్ పౌనఃపున్యాల వద్ద ఎక్కువ పవర్ నష్టాలను చూపిస్తుంది. అందువల్ల, ట్రాన్స్ఫార్మర్ కోసం కోర్ పదార్థంగా ఫెర్రైట్ చివరికి ఎంచుకోబడింది.

వివిధ కోర్ పదార్థాలు మరియు వాటి లక్షణాలు

ట్రాన్స్ఫార్మర్ కోర్ డిజైన్ కూడా కీలకం, ఇది సంపుటిత్వం, పవర్ సాంద్రత మరియు మొత్తం పరిమాణాన్ని ప్రభావితం చేస్తుంది—కానీ ముఖ్యంగా, ఇది ట్రాన్స్ఫార్మర్ యొక్క లీకేజి ఇండక్టెన్స్ ను ప్రభావితం చేస్తుంది. 330-kW, 50-Hz డ్యుయల్-పోర్ట్ ట్రాన్స్ఫార్మర్ కోసం, కోర్-రకం మరియు షెల్-రకం వంటి కోర్ ఆకారాలు పోల్చబడ్డాయి, షెల్-రకం కాన్ఫిగరేషన్ తక్కువ లీకేజి ఇండక్టెన్స్ మరియు మురికి పవర్ ప్రవాహాన్ని అందిస్తుందని చూపించాయి. అందువల్ల, షెల్-రకం కాన్ఫిగరేషన్ ఉపయోగించబడుతుంది, ట్రాన్స్ఫార్మర్ యొక్క కేంద్ర లింబ్ పై నాలుగు వైండింగ్లను కేంద్రీకృతంగా పొరలుగా ఏర్పాటు చేయడం ద్వారా, కప్లింగ్ గుణకాన్ని మెరుగుపరుస్తుంది.

షెల్-రకం కోర్ 186×152×30 mm కొలతలతో ఉంటుంది, మరియు 3C94 అయిన ఫెర్రైట్ పదార్థం 4xU93×76×30 mm కాన్ఫిగరేషన్ లో ఉపయోగించబడుతుంద

ఈ పేపర్‌లో నాలుగు పోర్ట్ల గల మధ్య వోల్టేజ్ మల్టీ-పోర్ట్ సోలిడ్-స్టేట్ ట్రాన్స్‌ఫార్మర్ (MV MPSST) యొక్క డిజైన్పై దృష్టి పెడతారు. ఇది మైక్రోగ్రిడ్ అనువర్తనాలలో నాలుగు వివిధ మూలాలు లేదా లోడ్లను కలపడానికి అనుమతిస్తుంది. ట్రాన్స్‌ఫార్మర్ యొక్క ఒక పోర్ట్ 4.16 kV AC రేటు గల మధ్య వోల్టేజ్ (MV) పోర్ట్. వివిధ ట్రాన్స్‌ఫార్మర్ మోడల్స్ మరియు కోర్ మెటల్స్ పరిశీలించబడ్డాయి. ట్రాన్స్‌ఫార్మర్ డిజైన్ పైనందుకు, MV మరియు LV పోర్ట్ల యొక్క టెస్ట్ సెటప్లను అభివృద్ధి చేశారు. ప్రయోగాత్మక ప్రమాణంలో 99% హెచ్చరవునితో సాధించబడింది.