Chet portli qatı halqa transformatorining dizayni: Mikrogridlarni efektiv integratsiya yechimi

Электроника энергияси саноатда кенгашу ва жараят ишлаш балки аккумуляторлар учун зарядчи ва LED юриткучлардан бошка, фотоэлектр (PV) тизимлари ва электр кармакларидек кatta масштабли ишлатилади. Адатта, энергия тизими уч бобдан иборат: электростанциялар, трансляция тизимлари ва тақсимот тизимлари. Традицион ривожда, нисбий частотадаги трансформаторлар электрик интизорлик ва вольтаж мослаштурувчи катта ва оғир. Энергия конвертерлари йигирма-йигирма аниқ трансформаторлар (SST) концепциясини фойдаланиши билан яңи ва ески энергия тизимлари ортасида мослаштувни имконий қилади. Юқори ёки орта частотадаги энергия конверсиясини ишлатиш орқали SSTлар анъана трансформаторларга挪文似乎被意外截断了，我将直接继续乌兹别克语的翻译： улар традицион трансформаторларга нисбатан ажракча ҳажмга эга ва ёғироче энергия сифатини такамишда берадилар.

Магнит материалларидаги ривожлаш - юқори флюкс сифати, юқори энергия ва частота имкониятлари, кам энергия ўзгартиришлари - излаб-топишчиларга юқори энергия сифати ва самаралиликларга эга бўлган SSTларни ишлаб чиқиш имкониятини берди. Кўп ҳолатда, излаб-топиш шундоқки, икки пучкаларга эга бўлган традицион трансформаторларга мақсадланган. Бирок, тарқатилган энергия булакларининг ривожлаш ва ақлли тармоқлар ва микротармоқларнинг ишлаб чиқилишининг расмийлашуви бир нечта портли SST (MPSST) концепциясининг пайдо бўлишининг сабаби бўлди.

Конвертернинг ҳар бир портида икки актив бридж (DAB) конвертери ишлатилади, бу трансформаторнинг чиккан индуктивлигини конвертернинг индуктори сифатида фойдаланишга мумкин. Бу қўшимча индукторлар талаби билан ҳажмни камайтириш ва юқори ёғиртиришни беришида ёрдам беради. Чиккан индуктивлик пучкалар ўрини, магнит қопқон геометрияси ва куплинг коэффициентига bog'liq bo'lib, tashkil etilgan transformator dizayni ko'proq murakkab bo'ladi. DAB konverterlari o'rtasidagi energiya axini boshqarish uchun fazaviy siljish boshqaruv ishlatiladi. Biroq, MPSST-da bir portdagi fazaviy siljish boshqa portlardagi energiya axinini ta'sir qiladi, bu portlar soni bilan boshqaruv murakkabligini oshiradi. Natijada, eng ko'p MPSST izlanishlari uch portli tizimlarga maqsadlanadi.

Bu maqola mikrotarmoq moliyalashida solishtirilgan holatda SST dizaynini o'rganadi. Transformator bitta magnit asosida to'rtta portni birlashtiradi. U 50 kHz bosqich chastotasida ishlaydi, har bir port 25 kW reytingga ega. Port konfiguratsiyasi realistik mikrotarmoq modelini ifodalaydi, unda elektr tarmog'i, energiya saqlash tizimi, fotovoltaik tizim va mahalliy yuk mavjud. Tarmoq porti 4,160 VAC da ishlaydi, boshqa uch port esa 400 V da ishlaydi.

To'rt portli SST

Transformator dizayni

Jadval 1 transformator asoslari ishlab chiqarish uchun keng tarqalgan materiallarni, ularning afzalliklarini va kamchiliklarini ko'rsatadi. Maqsad 50 kHz ishlash chastotasida har bir port uchun 25 kW ni qollab-quvvatlash imkoniyatiga ega bo'lgan materialni tanlashdir. Kommerchek ravishda mavjud transformator asosi materiallari silitsium puxtasidan, amorf alosga, ferrit va nanokristallikka qadar turli. Maqsadli tashqi ishga tushirish uchun - 50 kHz bosqich chastotada 25 kW ni har bir port uchun ishlaydigan to'rt portli transformator - eng mos asos materiali aniqlanishi kerak. Jadvalni tahlil qilish orqali, nanokristallik va ferrit potentsial kandidatlari sifatida ro'yxatga olinadi. Biroq, nanokristallik 20 kHz dan yuqori bosqich chastotalarda yuqori energiya yo'qotishlarini ko'rsatadi. Shuning uchun, ferrit nihoyatda transformatorning asos materiali sifatida tanlanadi.

Turli asos materiallari va ularning xususiyatlari

Transformator asosi dizayni ham muhim, chunki u kompaktnlik, energiya sifati va umumiy hajmga ta'sir qiladi, lekin eng muhim nihoyatda, u transformatorning chiqqan induktivligiga ta'sir qiladi. 330 kW, 50 Hz ikki portli transformator uchun asos shakllari, masalan, asos shakli va qutub shakli solishtirilgan, bu qutub shakli konfiguratsiyasi chiqqan induktivlikni kamaytirib, energiya axini samaraliroq qilib o'tkazadi. Shuning uchun, qutub shakli konfiguratsiyasi ishlatiladi, transformatorning markazi qismida barcha to'rt puchkalarning koncentrik qilib joylashtirilgani, bu esa kupling koefitsientini yaxshilaydi.

Qutub shakli asosi 186×152×30 mm o'lchamga ega, ishlatilgan ferrit materiali 3C94 4xU93×76×30 mm konfiguratsiyada. Ortacha voltaj (MV) va katta oqimli portlar uchun Litz siymo ishlatiladi, ularning reytinglari mos ravishda 3.42 A va 62.5 A. Past voltaj (LV) portlar uchun 16 AWG va 4 AWG siymolar ishlatiladi. LV puchkalarni birgalikda burish magnit kuplingni yaxshilaydi.

Taklif etilgan MV MPSST dizayni yakunlandiktan so'ng, Maxwell-3D/Simplorer simulatsiyalari o'tkaziladi. Orta voltajli tarmoq, energiya saqlash, yuk va fotoelektr tizimlari uchun port voltajlari mos ravishda 7.2 kVDC va 400 VDC ga belgilangan. Simulatsiyalar butun yukda, yuk porti 50 kHz bosqich chastotasida va 50% duty cycle da 25 kW yetkazayotgan holda o'tkaziladi. Quvvat boshqaruv konvertor elementlari orasidagi fazaviy siljishni o'zgartirish orqali amalga oshiriladi. Natijalar jadvalda ko'rsatiladi. Turli modellar asos shakli, kesma maydoni, yo'qotish va hajmi kabi xususiyatlarda farq qiladi. Jadvalda ko'rsatilganidek, Model 7 kamroq chiqqan induktivlik va yuqori samaradorlikni ko'rsatadi.

Model va simulatsiya natijalari

Amaliy tekshiruv tuzilishi

Asos uchta qavatdan iborat bo'lgan to'rtta U shakldagi asoslardan tashkil topgan. To'liq asos markazi qismida joylashtirilgan puchkalarga ega. Uchta past voltaj (LV) port puchkalari birgalikda buriladi, shunda kupling yaxshilaydi. Taklif etilgan transformatorni sinov qilish uchun ikki aktiv brigz (DAB) konverter ishlab chiqiladi. Konverter dizaynida SiC MOSFETlar ishlatiladi. Orta voltaj (MV) port uchun SiC diodlar yordamida rektifikator brigz amalga oshiriladi, bu ham 7.2 kV reytingga ega bo'lgan rezistorli yuk bankiga ulanadi.

Xulosa

Bu maqola to'rt portli orta voltajli bir nechta portli solishtirilgan holatda SST (MV MPSST) dizaynini o'rganadi, bu mikrotarmoq moliyalashida to'rtta turli manbalarni yoki yuklarni birlashtirish imkonini beradi. Transformatorning bitta porti 4.16 kV AC reytingga ega bo'lgan orta voltaj (MV) porti. Turli transformator modellari va asos materiallari ko'rib chiqildi. Transformator dizayni bilan birga, MV va LV portlari uchun sinov tuzilishlari ishlab chiqildi. Amaliy tekshiruvda 99% samaradorlik erishildi.