Miks on raske tõsta pingetaset?

Täissilindrik (SST), mida tuntakse ka kui tegevenergia transfoormer (PET), kasutab voltaga taseme kui oma tehnoloogilise lõimiku ja rakendussenaariumide olulise näitaja. Hetkel on SST-d jõudnud keskvoolu jaotuse poolt 10 kV ja 35 kV voltaga tasemetele, samas kui kõrgevoolu edastamise poolt nad jätkavad laboratooriumi uuringute ja prototüüpide heakskiitmise faasis. Allpool olev tabel selgitab selgelt praegust voltaga tasemete staatust erinevatel rakendussenaariumitel:

1. Miks on raske suurendada voltaga tasemat?
Täissilindri (SST) voltaga tasemega ei saa lihtsalt suurendada komponentide ükksteist peale panemisega; see on piiratud mitmeid põhiline tehniliste väljakutsete poolt:

1.1 Tehnilised seadmete voltaga kandekõrguste piirangud

• See on põhiline pudarik. Praegu kasutavad tavalised SST-d silitsiumipõhiseid IGBT-sid või rohkem arenenud siili-karbüüdi (SiC) MOSFET-e.

• Ühe SiC seadme voltaga kandekõrgus on tavaliselt umbes 10 kV kuni 15 kV. Kõrgema süsteemi voltaga tasemete (nt 35 kV) käsitlemiseks tuleb mitmeid seadmeid ühendada sariseostuses. Kuid sariseoste toob kaasa keerulisi "voltaga tasakaalu probleeme", kus isegi väikesed erinevused seadmete vahel võivad põhjustada voltaga ebavõrdsust ja moodustiku väljakuuluvuse.

1.2 Väljakutsed kõrge sagedusega transfoorimise isolatsioonitehnoloogias

SST-de põhiline eelis seisneb suuruse vähendamises kõrge sagedusega töötab. Kuid kõrgete sagedustega muutub isolatsioonimaterjalide ja elektrivälja jaotuse omadused äärmiselt keerukaks. Mida kõrgem on voltaga tase, seda rangemad on nõuded kõrge sagedusega transfoori isolatsiooni disainile, valmistamise protsessidele ja soojuse haldamisele. Tähtsad kV tasemel kõrge sagedusega isolatsiooni saavutamine piiratud ruumis esindab materjalide ja disaini poolest olulist väljakutset.

1.3 Süsteemi topoloogia ja kontrolli keerukus

Kõrgete voltaga tasemete käsitlemiseks kasutavad SST-d tavaliselt kaskade mudulite topoloogiat (nt MMC—Modular Multilevel Converter). Mida kõrgem on voltaga tase, seda suurem on vajalike alammudulite arv, mis viib äärmiselt keerulisse süsteemi struktuuri. Kontrolli raskus kasvab eksponentsiaalselt ja nii kulusid kui ka väljakuuluvuse tõenäosus kasvavad vastavalt.

2. Tulevikuväline
Hoolimata olulistest väljakutsetest jätkuvad tehnoloogilised läbimurded:

• Seadmete areng: Kõrgema voltaga taseme SiC ja gaadi nitride (GaN) seadmed on arendamisel ja neid peetakse aluseks kõrgema voltaga SST-de saavutamiseks.

• Topoloogia innovatsioon: Uued tsirkuitide topoloogiad, nagu hybridmeetodid (traditsiooniliste transfooride ja tegevenergia konverteerijate kombinatsioon), peetakse sobivaks teeks kiireteks läbimurdudeks kõrge voltaga rakendustes.

• Standardimine: Kuna organisatsioonid nagu IEEE hakkavad luua SST-seadmete standardite, see edendab standardiseeritud disaini ja testimist, kiirendades tehnoloogilist lõimumist.

3. Järeldus
Praegu on 10 kV SST-d jõudnud kauplikku rakendusse, ja 35 kV tasemele on jõudnud näitedest projekte, samas kui 110 kV ja kõrgemate voltaga tasemete projektid on veel ettevaatliku tehnoloogilise uurimise valdkonnas. Täissilindri voltaga tasemete areng on järk-järguline protsess, mis sõltub koordineeritud edusamme tegevenergia semikonduktorites, materjaliteadustes, juhtimisteoorias ja soojuse haldamise tehnoloogiates.