МVDC технологиясы деген не? Аспаптары, көйгелектері және болашақ тенденциялары

Орта напругалық түз сызықтық (MVDC) технология - бұл энергия өткізгіштерде жаңау, ыңғайсыз AC жүйелердің шектеулерін жеңіп, айтарынша қолданылымдарда қолданылады. DC арқылы электр энергиясын әдетте 1,5 кВ мен 50 кВ аралығында өткізу арқылы, ол жоғары напругалық түз сызықтықтің ұзақ қашықтықта өткізу пейілдерімен төмен напругалық түз сызықтықтің ұсынылатын мүмкіндіктерін біріктіреді. Жоюлы энергия ресурстарының ірі қамтиды интеграциясы мен жаңа энергия жүйелерінің өнімділігіне қарсы MVDC, түрлектерді жаңартудың маңызды шешімі ретінде пайда болуда.

Негізгі система төрт компоненттен тұрады: айналма стансалары, DC кабылдары, схемалық автоматтар және басқару/сұрғату құрылғылары. Айналма стансалар модульдік деңгейлі конвертер (MMC) технологиясын қолданады, сериялық байланыстырылған модулдар арқылы жоғары өнімділікті энергия айналымына жетеді - әрбірі өзінің қосымша конденсаторлары мен энергия сапарын басқару үшін қолданылады. DC кабылдар металді коррозиясы бар перпендикуляр полиэтилен диэлектрикасын қолданады, бұл сызықтық жоюларды өте азайтады. Гибрид DC схемалық автоматтар миллисекунд ішінде қателерді бөліп тастай алады, бұл системаның стабилдігін қамтамасыз етеді. Басқару және сұрғату жүйесі, реалдық уақыттағы цифрлық модельдеу платформасына негізделген, миллисекунд ішінде қателерді анықтау және өзін-өзі жаңарту қабілеттерін береді.

Нақты қолданылуында MVDC әртүрлі пайдаларын көрсетеді. Электр автомобильдерді зарядтау үшін 1,5 кВ DC зарядшылар әдеттегі AC зарядшыларға салыстырмалы 40% аз зарядтау уақыты мен 30% аз жабдықтық аймақты қажет етеді. 10 кВ DC энергия архитектурасын қолданатын деректер орталықтары 15% дан астам энергия өнімділігін және приближенно 8% аз үлестіру жоюларын жетістікке асқан. ±30 кВ DC жинау жүйелерін қолданатын теңіз үстіндегі шамал және күн энергиясы интеграциясы теңіз үстіндегі кабылдарға қарата 20% аз инвестицияларды және реактивті энергия компенсациясының қажеттілігін өте азайтады. Шаһарлық темір жол транспортты жаңарту MVDC тартылу жүйелерін қолдану арқылы станциялардың санын 50% азайтуға және регенератив тормоз алу 92% дейін жетуге мүмкіндік береді.

Технология үш негізгі пайдасы бар: бірдей напруга деңгейінде AC жүйелерге қарағанда 10-15% аз өткізу жоюлары, көптеген нүктелі үлестіру құбылыс интеграциясы үшін идеалды; тиімділікті қолдану үшін частота синхронизациясы қажет емес, түрлектердің арасында қоштасуын қоңыраулау; және микросекунд деңгейіндегі энергия басқару қабілеті, өсу-кемімелердің энергия ресурстарына қолайлырақ қолдану. Бірақ, зерттеулер және стандарттау өзгертулері қалып: әріп-түсті жабдықтар қымбатырақ және стандартау толық емес - әсіресе, ірі қатынасының DC автоматтары AC аналогтарына қарағанда 3-5 есе қымбат, және бірігулік елдік сертификация стандарттары әлі қол жетімді емес.

Стандарттау өсетуде. IEC MVDC кабылдар үшін IEC 62897-2020 стандартын шығарды, Китаистің CEC Q/GDW 12133-2021 конвертер спесификацияларын шығарды, Европа Birliğiнің Horizon 2020 бағдарламасына қолдау көрсетілген MVDC түрлері демонстрациялық проекті 18 кВ/20 МВ жүйесінің тексерілу тесттерін аяқтады. Доместик жабдық өндірісінде қадамдар жасалып отыр: Китай өндірушілері қазір 2,5 кВ/500 А IGBT модулдарды массалық өндіреді, динамикалық напруга теңсіздігі ±1,5% ішінде.

Келесі тенденциялар: құрылғыларды миниатюрлеу - SiC негізіндегі тымсалы конвертерлер өлшемдерін 40% азайтуға мүмкіндік береді; жүйелерді интеллектуалдау - цифрлық баспан технологиясы құрылғылардың өмір мерзімдерін болжау дәлдігін 95% дан астында жеткізеді; және қолданылу аралығын кеңейту - күн энергиясының космостағы микроволналық радио өткізу жүйелері 55 кВ DC архитектураларын қолданып, жер бетіндегі қабылдау тесттерін бастады. Энергия электроникасының қымбаттылығы өтуімен, MVDC 2030 жылға қарай үлестіру түрлерін жаңарту үшін әдеттегі AC шешімдеріне қарағанда экономикалық қолайлы болуы мүмкін.

Технологияны қолдану үшін өнімдер арасында ұйымдасу қажет. Энергия дизайн институттары конвертер стансаларының құрылымын оптимизациялау үшін 3D цифрлық дизайн платформаларын өнімеді, EMI модельдеу үшін. Университеттік зерттеу командалары жаңа топологияларды өнімдейді, әсіресе, дұрыс-дұрыс мост конвертерлер 98,7% өнімділікке жетеді. Жүйелердің пилоттық проекттері 20 кВ DC микро түрлерін қолданатын промышленные паркинда жаңа энергия қамтылымын 85% дан астында жеткізуге мүмкіндік береді. Бұл инициативалар технологиялық өзгерту үшін қымбатты ақпарат береді.

Жаңа энергия жүйелерінде MVDC маңызды рөл атқарады, UHVDC базис түрлері мен төмен напруга үлестіру ресурстарын біріктіріп, ұзақтықты, көптеген напруга DC түрлерін құрастырады. Мысалдар 10 кВ DC автобусы бар акылды стансаларды көрсетеді, фотоэлектр эффектін 25% арттыру және негізгі түрлердің өткенде маңызды қорытуларын 4 сағаттан астам ұстауға мүмкіндік береді. Цифрлық түрлердің өнімділігімен MVDC жүйелері көбінесе қыр өнімдері мен блокчейн технологияларымен бірге өзін-өзі басқару энергия интернет ұяшықтарын құрастырады.

Практикалық инженерлерге қажет: кабылдарды орнату кезінде қиылыс радиусын строгий қолдау керек - 35 кВ DC кабылдар үшін қиылыс радиусы кабыл диаметрінің 25 есеуінен аз болмауы керек. Электромагниттік сәйкестік CISPR 22 Class B стандарттарына сәйкес болуы керек, конвертер комнатасының қорғау әсері 60 дБ-нан астында болуы керек. Иса және қызмет көрсету үшін әр 3 айда бір рет инфракызыл термография және онлайн өлшемдік жоюларды 20 pC-нан төмен шекаралармен қадағалау қажет, бұл қауіпсіз және стабилді іске қосуға мүмкіндік береді.

Энергия өзгерту ұстанымынан көзқарас бойынша MVDC - тоғызсыз түрлер үшін негізгі фактор. Ол шамал және күн энергиясына түз сызықтық түрлерді тікелей байланытуға мүмкіндік береді, AC айналымынан 6-8% энергия жоюларын жоюға мүмкіндік береді. Водород өндіруде 10 кВ DC энергиясын қолданатын 50 МВ электролизерлер AC энергиясын қолданатын системаларға қарағанда 12% өнімділікке жетеді. Басқа өнімдерде қолданылуы кеңейеді: 3 кВ DC энергиясын қолданатын маглев поездтар тартылу энергиясын 18% азайтуға мүмкіндік береді. Бұл инновациялар энергия қолдануын қайта құрастырады.

Іс-шараларда кәсіби көпшілікке қызмет көрсету қызметкерлеріне қатысты дефицит бар. Энергия электроникасы және түрлер операцияларында қабілетті қызметкерлердің өте аз болуына қарама-карсы. Китай университеттері MVDC спецкурстарын енгізді, Ұлттық Профессиялық Сертификаттық каталогына DC үлестіру инженерлерінің сертификаты қосылды. Корпоративті оқыту орталықтары толық модельдеу платформаларын қолданып, әртүрлі қателердің жағдайларында қауіпсіздікке қатысқан қызметкерлерді даярдайды. Бұл кәсіби даму үлгісі технологиялық айналым циклдерін қысқартып, инновацияларды қолдануды өсетеді.