Miðspennu DC fastastöðugir straumstökkjar Hönnun og framtíð

Svæði: Raforkarafur

China

Hvernig virkar miðspennu fastastaða straumskiptari:
Fastastaða DC skiptari notar aflgervi til að hætta við villustöð. Einfaldur uppbyggingarhópur fastastaða DC skiptara er sýndur á Mynd 1. Fjórir diódar og IGCT tákna aðal leitnislínu, en hvarfarsverndin er notuð til að losa línuinduktann í vikunartilfelli. Þegar DC skiptari er keyrður, er IGCT slökkt. Vegna geymdrar orku í indukti stígur spennan yfir aflgervunum hratt og hvarfarsverndin byrjar að leita straums. Til að losa línuinduktann verður skyddsspennan hvarfarsverndarinnar að vera hærri en venjuleg nettspenna. Það þarf einnig að tryggja að aflgervunum sé hægt að standa skyddsspennu hvarfarsverndarinnar. Aðal kostur fastastaða DC skiptara er hans hröð hætt við straum og brún af hreyfistuðlum. Þar sem aflgervunum er sett í aðal leitnislínuna, gerast hæfileika tapir.

Mynd 1:Einfaldur hönnun fastastaða straumskiptara

Fastastaða straumskiptarar byggja útfærslu sinni á eftirfarandi: fastastaða skiptari sem bæði leiðir venjulega hleðslu og hættir við straum. Þar sem elektrískur bogi er eytt, þarf annað kerfi til að losa geymda orku í kringlanindukti. Þetta er oft náð með varistólka (MOV) sem er tengdur parallelt. MOV hefur óreglulega spenna/straum samhengi.
Spennubundið mun vera hátt (sem ef opinn sporger) þar til spennan yfir honum nálgast ákveðinn gildi, þegar spennumun falla og leyfa straum til að fara gegnum tækið. Þegar MOV fer að leita, takmarkar hann spennan yfir sig við fast gildi.
Þetta tegund af tæki er oft notað í hágildisskerfum sem hvarfarsvernd og er einnig notað sem vernd fyrir spennusamþykktir.
Tvö tvístefnu fastastaða straumskiptarar eru sýndir á Mynd 2. Þegar skiptari er lokað, eru bæði aflgervi tekin í gang, sem leyfir straum að fara í báðar áttir. Þegar straum er hætt, eru bæði tækin slökkt, sem fjöldar spennu yfir tækjunum til að stiga þar til MOV byrjar að leita og takmarka spennu yfir tækjunum. MOV sem fer að leita hjálpar að losa orku sem er geymd innan kringlaninduktsins.
Ásamt IGCT sem sýnt er á Mynd 2 (a), hafa GTO einnig verið notuð í eldri hönnunum sem byggja á sama kringlu.

Mynd 2 a) IGCT byggð einfaldur tvístefnu fastastaða straumskiptari, (b) IGBT byggður einfaldur tvístefnu fastastaða straumskiptari

Mynd 3 sýnir margar mögulegar hönnunar sem notast við þessa hugmynd fyrir miðspennu kerfi. Í þessum kerfum eru margar tæki tengdir í röð til að auka almennt spennutak fastastaða skiptara. Diódar eru einnig oft tengdar í röð við aðal skiptari til að bæta andstæðra spennubundi flóknar tækja eins og IGCT og GTO. Kringlanin sem sýnt er á Mynd 3 (c) inniheldur RC snubber sem eru nauðsynleg fyrir GTO byggðu kerfi til að hjálpa við að slaka tækjunum, og inniheldur einnig tvö áhugaverðar eiginleikar sem gætu verið notuð fyrir aðra fastastaða straumskiptara. Fyrst, inniheldur hann parallellykt raða sem er notuð til að takmarka villustraum við hætt við straum. Í venjulegu keyrsluferli er þessi raða hlaupuð af aðal aflgervaskiptunum og gerir því ekki neina hæfileika tapa. Annars, er mekanísk skiptari tengdur í röð til að gefa fysisk skilgreiningu.
Þar sem hönnunarnar sem sýndar eru í þessum kafla eru frambúið fyrir ac straumkerfi, ætti að vera hægt að beita þessum hönnunum fyrir dc notkun með minnstum breytingum.

Mynd 3: a) IGCT byggður miðspennu tvístefnu fastastaða straumskiptari, (b) IGCT byggður miðspennu tvístefnu fastastaða straumskiptari, (c) GTO byggður tvístefnu fastastaða straumskiptari

Einfald mynda af fastastaða straumskiptari er sýnd á Mynd 4. Fastastaða straumhætturinn er samsettur af röð af fastastaða tækjum til að örugglega vinna við DC busaspennu. Hraða samþættur stimplaður stýringarkerfi veitir gáttardeilingarmerki fyrir skiptana í hættaranum sem opna og loka samþætt. Hraða stimplaðu stýringarkerfi fá skipanir frá handvirku inntaki, frá öðrum skiptum í netinu eða frá hraða mælum sem greina staðbundið villustraum. Stimplaðu stýringarkerfi veitir andstæðra ferðatíma stýring fyrir ofstraumstillstandi, og hraða augnabliksskipun ef ofstraumlím er náð. Þessir rekstursparametrar geta verið stilltir fyrir hvern skiptara eftir staðsetningu hans í netinu, sem gefur vel skipað, raðað svar við villutilstöð.

Mynd 4: Einfald mynda af venjulegum MVDC fastastaða straumskiptara

Fastastaða hætturinn veitir aðal virkni fullkomins straumskiptara sameignar: hraða villuvernd og skilgreiningu. Fullkominn straumskiptara sameignar verður einnig að veita leið til að örugglega losa hættufræðini frá aflnetinu þegar viðhaldi eða þjónusta er nauðsynlegt.
Frumkvæmt skipulag fyrir 8 MW hleðslustigi hættufræði er sýnt í mynd 1. Þessi hættufræði
er samsettur af sex 4,500 V IGBT (CM900HB-66H) sem eru tengdir í röð. 8 MW hættufræði er
nægilega 23 tommur breitt x 9 tommur hætt 11 tommur dypi og veitar um 60 pund. IGBT eru settir
á vatnshvolaða ljósmetallum kylborðum, sem eru svo settir á elektrísk skilgreind mekanískum
rammi. Ekki-metallskýr vatnslínum eru nægilega motstöðug til að takmarka straumleka niður línum.
Þetta mun krefjast smá, lokad álagakerfi og langlífðar ion-skiptingar kassar til að halda
við motstöðu af kjölvatninu.
Þetta mun krefjast smá, lokad álagakerfi og langlífðar ion-skiptingar kassar til að halda við motstöðu af kjölvatninu.
Mynd 1 sýnir frumkvæmt mekanísk skipulag fyrir 10 kV, 8 MW (800 A) IGBT hættufræði. IGBT eru settir á vatnshvolaða kylborðum. Ekki-metallskýr kjölslínum milli grensstaða kylborða eru hönnuð til að standa allar skiptuspennur þegar skiptari er opin.
Parallellykt array af þessum skipulögum eru notað til að uppfylla heiltalsstraumkröfur fyrir hleðsluna.

Frumkvæmt mekanísk skipulag IGBT hættufræðis

Mynd 1: Frumkvæmt mekanísk skipulag fyrir 10 kV, 8 MW (800 A) IGBT hættufræði. IGBT eru settir á vatnshvolaða kylborðum

Samanburður kostnaðar og galla fastastaða straumskiptara við aðra straumskiptara:
Þar sem fastastaða straumskiptarar geta náð markmiði að hætta við straumi mun hraðari en venjulegir elektromekániskir straumskiptarar, er mikil galli fastastaða skiptara að þeir hafa hænan hæfileika tapa. Með sambandsspennu sem er eins lítill sem nokkur mikró-ohm, gerast elektromekánisk samband í venjulegum straumskiptum með neinan hæfileika tapa. Í mótsögn, gerast flestar fastastaða tæki að brottfall af að minnsta kosti tvær volt, þar af leiðandi sem stór straum fer í gegnum skiptara, geta hæfileika tapa fastastaða straumskiptara verið marktæklega hærri en venjulegs straumskiptar. Þar sem orka tapar auka, leiðir til auknar krav til kjolingar. Venjulega eru stór metalleitnar notaðir til að passa kjolingar af aflgervi, en þeir geta lagt til stórt hluta af heildar stærð og þyngd kerfisins. Þar sem setning á virkum kjolingakerfi eins og ótvunginn loftur (vifill) eða vatnsmikið kjolingakerfi gæti hjálpað til að læsa stærð og þyngd heilsa kerfisins, þau bera við sér frekari erfleika eins og aukinn hljóðkenning, orka tapir og viðhaldsatriði.
Eftir mynd 5, eru gildin gefin í sambandi við hæsta gildi hverrar hóps.
Fyrir hvert merki, eru litl gildi reiknuð sem valkvæð. Lítill svæði, þar af leiðandi, bendir á góða heildar framleiðslu af skiptahugmynd.
Eftir niðurstöðum, sýnir fastastaða straumskiptari góða heildar framleiðslu. Vegna hraða skipta eiginleika, er slökktíminn litill og einungis lágr straumamplitúðir koma fyrir. Þar að auki, geta bæði trausthæð og flóknari skiptaferli verið reiknað sem góð. En, fastastaða skiptari fer illa af hænum tapum, í samanburði við mekanísk eða sveigjanlegt skipti.
Aðra hugmynd með lágr tapir, miðlungs kostnaðar og góð trausthæð er snubber mekanísk skiptari. Þar að auki, sýnir venjulegur sveigjanlegt skiptari miðlungs framleiðslu. Hann fer illa af hærum toppstraum vegna mekanísk skipta. Hugmyndir tekin frá HVDC kerfum hafa ekki góða framleiðslu í spennu og afl sem rannsakað var. En, fyrir hærri spennu og afl, gæti þetta breyst. Á lok, hugmyndin um hrein mekanísk skiptari er ennþá áhugaverð fyrir lágr og miðlungs spennu notkun vegna þess að hann er einungis vel prófaður.

Yfirlit yfir allar skiptahugmyndir í DC skiptum