Nə səbəbdən gərginlik səviyyəsini artırmaq çətin olur?

Qalın halq dəyişəni (SST), yaxud elektronik enerji dəyişəni (PET) kimi tanınan cihaz, təhlükəsizlik səviyyəsini texniki riyaz və tətbiq sahələrinin əsas göstəricisi kimi istifadə edir. Hazırda, SST-lər orta voltajlı dağıtım tərəfindən 10 kV və 35 kV səviyyəsinə çatmışdır, lakin yüksək voltajlı nəql tərəfindən hələ də laboratoriya araşdırmaları və prototip doğrulaması evrində qalır. Aşağıdakı cədvəl müxtəlif tətbiq sahələrindəki voltaj səviyyələrinin cari vəziyyətini açıqlayır:

1. Nə səbəbdən voltaj səviyyəsini artırmaq çətin olur?
Qalın halq dəyişənin (SST) voltaj səviyyəsini sadəcə komponentlərin yığılması ilə artırmaq mümkün deyil; bunun üzərinə bir sıra fundamental texniki çətinliklər təsir edir:

1.1 Güclü səmikonduktor cihazlarının voltaj dayanma limiti

• Bu əsas botleneckdir. Hazırda, əsas SST-lər silis bazlı IGBT-lərdən və ya daha inkişaf etmiş silis karbid (SiC) MOSFET-lərdən istifadə edirlər.

• Yeganə SiC cihazının voltaj reytinqi adətən 10 kV-dən 15 kV-a qədər olur. Daha yüksək sistem voltajlarını (məsələn, 35 kV) idarə etmək üçün bir neçə cihaz seriyada birləşdirilməlidir. Amma, seriyada birləşdirilmə kompleks "voltaj balanslaşdırma problemlərinə" səbəb olur, burada hətta cihazlar arasındakı kiçik fərqlər də voltaj dengesizliyinə və modülün arızasına səbəb ola bilər.

1.2 Yüksək dərəcəli transformator izolyasiya texnologiyasında çətinliklər

SST-lərin əsas üstünlüyü, yüksək dərəcələrdə işləmə vasitəsilə ölçüsü azaldılmasıdır. Amma, yüksək dərəcələrdə izolyasiya materiallarının performansı və elektrik sahasının paylanması aşkar qədər mürəkkəb olur. Voltaj səviyyəsi artıqca, yüksək dərəcəli transformatorun izolyasiya dizaynı, istehsal prosesləri və termal idarəetməsi üçün tələblər daha sıxlaşır. Məhdud sahədə onlarla kV-dən yüksək frekvanslı izolyasiya təmin etmək, material və dizayn baxımından böyük bir çətinlikdir.

1.3 Sistem topolojisinin və idarəetmənin mürəkkəbliyi

Yüksək voltajları idarə etmək üçün SST-lər adətən kaskadlı modulyar topolojilərdən (məsələn, MMC—Modulyar Multidüzeyli Konverter) istifadə edirlər. Voltaj səviyyəsi artıqca, tələb olunan alt modulların sayı artıb, bu da sistem strukturu aşkar qədər mürəkkəb olur. Idarəetmə çətinliyi üslubla artıqca, həm də maliyyət və arıza nisbəti artar.

2. Gələcək Perspektivləri
Nəzəri çox böyük çətinliklərə baxmayaraq, texniki prizgilliqlər davam edir:

• Cihazların inkişafı: Daha yüksək voltajlı SiC və galium nitrid (GaN) cihazları hazırlanır və daha yüksək voltajlı SST-lər təmin etmək üçün əsas olanlardır.

• Topolojinin yenilikləri: Yeni şəbəkə topolojiləri, məsələn, hibrid yanaşmalar (konvensional transformatorların və elektronik enerji konverterlərinin birləşməsi) yüksək voltajlı tətbiqlər üçün tez prizgilər yolunu göstərir.

• Standartlaşdırma: IEEE kimi təşkilatlar SST ilə bağlı standartlar qurarken, bu standartlaşmış dizayn və testləməni təmin edəcək, texnologiyanın riyazıyyatını təzyiq edəcəkdir.

3. Nəticə
Hazırda, 10 kV SST-lər kommersiya tətbiqinə girmişdir və 35 kV səviyyəsi nümunə layihələrində ən yüksək səviyyəni təmsil edir, amma 110 kV və daha yüksək voltaj səviyyələri hələ də gələcək oryantasyonlu tədqiqatlarda qalır. Qalın halq dəyişənin voltaj səviyyəsinin inkişafı, enerji səmikonduktorları, material elmi, idarəetmə nəzəriyyəsi və termal idarəetmə texnologiyalarının koordinasiya edilmiş inkişafına asılıdır.