MVDC Texnologiyası Nədir? İstifadəsi İlgələri Və Gelecek Trandlar

Orta gərgüdçülükli dolğuq cərəyan (MVDC) texnologiyası, elektrik enerjisinin nəqlində kilit innovasiyadır və xüsusi tətbiqlərdə tradisiyonel AC sistemlərinin məhdudluqlarını aşmaq üçün dizayn edilib. 1,5 kV-dən 50 kV-ə qədər gərgüdçülüklərdə dolğuq cərəyanla elektrik enerjisinin nəqlini həyata keçirərək, yüksək gərgüdçülükli dolğuq cərəyanın uzun məsafə nəqlinin imkanları ilə aşağı gərgüdçülükli dolğuq cərəyan paylanmasının fleksibilizmi birləşdirir. Böyükölçülü yenilənə bilən enerji inteqrasiyası və yeni enerji sisteminin inkişafı arka planında MVDC, şəbəkənin modernizasiyası üçün mühüm həll olaraq ortaya çıxır.

Əsas sistem dörd komponentdən ibarətdir: konvertor stansiyaları, DC kabloları, dairə kəsmə cihazları və idarəetmə/koruma cihazları. Konvertor stansiyaları modulyar çox səviyyəli konvertor (MMC) texnologiyasından istifadə edir, ardıcıl bağlanan altmodullar vasitəsilə yüksək effektivlikli enerji çevirimi aparır—hər biri müstəqil kondensatorlar və enerji semi-mexaniklərlə təchiz edilmiş və voltaj dalğalıni dəqiq nəzarət etmək üçün təchiz edilmişdir. DC kablolar metalla şildlənmiş çapraz-bağlanmış polietilen illiklər istifadə edir, bu da xətt zədələrini nəzərən azaldır. Hibridd DC dairə kəsmə cihazları millisekundlarda xətanı izole edə bilir, sistem stabilliyini təmin edir. İdarəetmə və koruma sistemi, real vaxtlı rəqmsal simulasiya platformalarına əsaslanır və millisekund səviyyəsində xətanın yerini müəyyən etmək və özünü bərpa etmək imkanı verir.

Praktiki tətbiqlərdə MVDC müxtəlif faydaları göstərir. Elektrik arabaları şarj edərkən 1,5 kV DC şarj cihazları, gərgin AC şarj cihazlarına nəzərən şarj vaxtını 40% və təchizat sahəsini 30% azaltır. 10 kV DC enerji mimarisindən istifadə edən datalar merkezləri, ən az 15% daha yüksək enerji effektivliyi və təxminən 8% daha az paylanma zədəsi əldə edir. Dənizin altındakı şəkilləndirici sistemlərdə ±30 kV DC kolleksiya sistemlərinin istifadəsi, AC-nə nəzərən dənizin altındakı kabel investisiyasını 20% azaltdır və reaktiv gücü təmin etmək ehtiyacını nəzərən ancaq azaldır. Şəhər içi demiryolu nəqliyyatı yenilənmələrində MVDC traksiya sistemlərinin istifadəsi, alt stansiya sayını yarıya endirir və rejenerativ frenləmə enerjisini 92%-dək geri qaytarır.

Texnologiyanın üç əsas üstünlüyü var: eyni gərgüdçülük səviyyəsində AC sistemlərinə nəzərən 10–15% daha az nəql zədəsi, multi-nöqtəli dağılmış nəqliyyatın inteqrasiyası üçün idealdır; frekans sinkronizasiyasına ehtiyac yoxdur, şəbəkələr arasında əlaqəni sadələşdirir; və mikrosaniyə səviyyəsində enerji nəzarəti cavabı, dəyişən enerji mənbələrilərinə daha yaxşı adaptasiya imkanı verir. Amma problemlər var, bunlar əlavə ehtiyatlardan daha çox avadanlıq maliyyəti və tam standartlaşdırılmamışlıq—xüsusilə, böyük kapasiteli DC kəsmə cihazlarının qiyməti AC ekvivalentlərinə nəzərən 3–5 dəfə daha çoxdur və ümumi beynəlxalq sertifikasiya standartları hələ də mövcud deyil.

Standartlaşdırma sürətlenir. IEC MVDC kabloları üçün IEC 62897-2020 nömrəli standartı buraxmış, Çin CEC konvertor spesifikasyonları üçün Q/GDW 12133-2021 nömrəli standartı də buraxmış və ABŞ-nin Horizon 2020 layihəsi ilə maliyyələşdirilmiş MVDC şəbəkə demonstrasiya proqramı 18 kV/20 MW sisteminin doğrulama testlərini başa çatdırmışdır. Ülkəyə aid ehtiyatların istehsalı ciddi uğurlar qazanmış: Çin istehsalçıları indi dinamik volt balanslaşdırma xətası ±1,5% dərəcəsində olan 2,5 kV/500 A IGBT modullarını massal olaraq istehsal edir.

Gələcək trendlər arasında: cihazların kiçikləşdirilməsi—SiC əsaslı kompakt konvertorlar həcmi 40%-ə qədər azalda bilər; sistemin intellektuallaşması—rəqmsal ikinci nümunə texnologiyası ehtiyatların ömrünün təxmin edilməsini 95%-dən yuxarı doğruluğa gətirir; və tətbiq sahəsinin genişlənməsi—uzay bazlı güneş enerjisi mikrodalğa kəskin nəql sistemi 55 kV DC mimarisindən istifadə edərək yer aləmini testləməyə başlamışdır. Enerji elektronikası maliyyətinin davamlı azalması nəticəsində MVDC, 2030-cu ildən etibarən gərgin AC həllərinə nəzərən iqtisadi olaraq üstünlük qazana bilər.

Texnologiyaların tətbiqi çox sahəli işbirliyini tələb edir. Enerji dizayn institutları konvertor stansiyalarının tərtibatını optimallaşdırmaq və EMI simulyasiyası üçün 3D rəqmsal dizayn platformları inkişaf etdirir. Universitet nəzəriyyə qrupları yeni topologiyalar üzərində işləyir, dual aktiv köprü konvertorları 98,7% effektivliyi əldə edir. Komunal pilot layihələri, 20 kV DC mikroşəbəkələrinin sanayi parklarında yenilənə bilən enerjinin nisbətini 85%-dən yuxarıya artıracağını göstərir. Bu girişimlər texnologiya iterasiyaları üçün dəyərli məlumatlar təmin edir.

Yeni enerji sistemlərində MVDC, UHVDC kənardan kənara şəbəkələrini və aşağı gərgüdçülükli dağılmış mənbələri birləşdirərək, fleksibil, çox gərgüdçülükli dolğuq cərəyan şəbəkələri formalaşdırır. Nümunələr, 10 kV DC busbarları ilə akıllı şəbəkələrin fotosintez emilisini 25%-ə qədər artırabileceğini və ana şəbəkələrinin sökülməsi zamanı 4 saatdan artıq kritik yükü qoruyabileceğini göstərir. Rəqmsal şəbəkə inkişafı ilə birgə MVDC sistemləri, kenar hesablamaları və blokchainlə birləşir və özünü idarə edən enerji internet nodları forması alır.

Praktiki mühəndislik, detallara diqqət yetirməyi tələb edir: kabel quraşdırılması, 35 kV DC kablaları üçün minimum 25 dəfə kabel diametrindən böyük eğri radiusu ilə strıkt kontrol olunmalıdır. Elektromaqnitik uyğunluq, CISPR 22 Class B standartlarına uyğun olmalıdır, konvertor otağına qoruyucu effektivliyi 60 dB-dən yuxarı olmalıdır. İşləmə və baxış məsələləri, hər 3 ayda bir infraqırm teleskopik təsvir və 20 pC-dən aşağı limitlərdə onlayn qismi dərəcəli yayım nəzəriyyəsini daxil edir, bu da təhlükəsiz və sabit işləməni təmin edir.

Enerji keçidi perspektivindən baxıldığında, MVDC sıfır karbonlu şəbəkələr üçün kilit möhkəmdir. Bu, ümidən və güneş enerjisi üçün dolğuq cərəyan şəbəkəsinə doğrudan birləşməyə imkan verir və AC inversiyasından 6–8% enerji zədəsini azaldır. Hidrogen istehsalında, 10 kV DC enerjidən istifadə edən 50 MW elektrolizatorlar, AC enerjidən istifadə edən sistemlərə nəzərən 12 faiz nöqtəsi daha yüksək effektivliyi əldə edir. Sektörler arası tətbiqlər genişlənir: 3 kV DC enerjidən istifadə edən maqnit levitasiya demiryolları, traksiya enerji istifadəsini 18% azaldır. Bu innovasiyalar, enerji istifadəsini yeniden formalaşdırır.

İnkişaf məhsuldarlığı, kadrların eksikliyi ilə üzləşir. Hemçinin enerji elektronikası hemcə şəbəkə əməliyyatları sahəsində bacarıqlı spesialistlər arasında əhəmiyyətli boşluq var. Çin universitetləri xüsusi MVDC kursları təqdim edib və Milli İş Ortaqlığı Kataloqu DC Dağıtım Mühəndisi sertifikatını daxil etdi. Korporativ təlim mərkəzləri, müxtəlif xəta situasiyalarında təcili cavab vermək üçün mütəmadi simulasiya platformalarından istifadə edir. Bu kadrların inkişaf modeli, texnologiyanın növbədan keçirilmə dövrünü qısaldır və innovasiyaların tətbiqini təzələyir.