რატომ არის რთული ვოლტის დონის ზრდა?
თვითმართული ტრანსფორმატორი (SST), რომელიც ასევე ცნობილია როგორც ელექტროენერგიის ტექნიკური ტრანსფორმატორი (PET), იყენებს დაბრუნების დონეს მისი ტექნოლოგიური ზრდისა და გამოყენების სცენარის ძირითად ინდიკატორად. ამჟამად SST-ები მიაღწიეს 10 kV და 35 kV დონეებს შუა დონის დისტრიბუციის მხარეს, ხოლო მაღალ დონის ტრანსპორტის მხარეს ისინი დარჩენილია ლაბორატორიული კვლევებისა და პროტოტიპის ვალიდაციის სტადიაში. ქვემოთ მოცემული ცხრილი ცხადად აჩვენებს დაბრუნების დონეების ამჟამინდელ სტატუსს სხვადასხვა გამოყენების სცენარებში:
| გამოყენების სცენარი | დაბრუნების დონე | ტექნიკური სტატუსი | შენიშვნები და შემთხვევები |
| დატა ცენტრი / შენობა | 10kV | კომერციული გამოყენება | არსებობს ბევრი დამზადებული პროდუქტი. მაგალითად, CGIC-მა 10kV/2.4MW SST-ი წარმოიტაცა "აღმოსავლეთის ციფრული და დასავლეთის გამოთვლა" გუიანის დატა ცენტრისთვის. |
| დისტრიბუციის ქსელი / პარკის დემონსტრაცია | 10kV - 35kV | დემონსტრაციული პროექტი | ზოგიერთი ლიდერი კომპანია გამოიტანა 35kV პროტოტიპები და ჩატარა ქსელთან დაკავშირების დემონსტრაციები, რაც არის უმაღლესი დაბრუნების დონე, რომელიც არის ცნობილი ინჟინერული გამოყენებისთვის ამჟამად. |
| ელექტროენერგიის სისტემის ტრანსპორტის მხარე | > 110kV | ლაბორატორიული პრინციპული პროტოტიპი | უნივერსიტეტები და კვლევითი ინსტიტუტები (როგორიცაა ცინგჰუა უნივერსიტეტი, გლობალური ენერგიის ინტერნეტის კვლევითი ინსტიტუტი) გამოიტანეს პროტოტიპები 110kV და უფრო მაღალი დონის დაბრუნებით, თუმცა არ არის ნაპოვნი კომერციული პროექტები ამჟამად. |
1. რატომ არის რთული დაბრუნების დონის ზრდა?
თვითმართული ტრანსფორმატორის (SST) დაბრუნების დონის ზრდა არ შეიძლება უბრალოდ კომპონენტების დარტყმით; ის შეზღუდულია სერიაში ფუნდამენტური ტექნიკური გამოწვევებით:
1.1 ელექტროენერგიის სემიკონდუქტორული მოწყობილობების დაბრუნების მიმართ შეზღუდვები
ეს არის გარკვეული ბოტლნეკი. ამჟამად მთავარი SST-ები იყენებენ სილიკონის ბაზის IGBT-ებს ან უფრო ადვილი სილიკონ-კარბიდის (SiC) MOSFET-ებს.
ერთი SiC მოწყობილობის დაბრუნების რეიტინგი ჩვეულებრივ არის 10 kV-დან 15 kV-მდე. უფრო მაღალი სისტემური დაბრუნების დასამუშავებლად (მაგალითად, 35 kV), მრავალი მოწყობილობა უნდა დაერთოს სერიაში. თუმცა, სერიის დარტყმა იტაცებს რთული "დაბრუნების ბალანსირების პრობლემებს", სადაც მინიმალური განსხვავებები მოწყობილობებს შორის შეიძლება გამოწვევოს დაბრუნების არასწორი ბალანსირება და მოდულის გარდაარსება.
1.2 მაღალ სი частоты трансформатора изоляционная технология вызывает сложности
SST-ების ძირითადი ადვილი არის მცირე ზომის შემცირება მაღალ სიხშირეში მუშაობით. თუმცა, მაღალ სიხშირეში იზოლაციის მასალების და ელექტრული ველის დისტრიბუციის პერფორმანსი ხდება შემეცნებით რთული. უფრო მაღალი დაბრუნების დონე, უფრო მკაცრი მოთხოვნები არის იზოლაციის დიზაინზე, წარმოების პროცესებზე და მაღალ სიხშირის ტრანსფორმატორის თერმალურ მართვაზე. მცირე სივრცეში მისაღები არის ათეული კილოვოლტის დონის მაღალ სიხშირის იზოლაცია, რაც მასალებისა და დიზაინის შესახებ წარმოადგენს დიდ გამოწვევას.
1.3 სისტემის ტოპოლოგიის და კონტროლის რთულება
უფრო მაღალი დაბრუნების დასამუშავებლად, SST-ები ჩვეულებრივ იყენებენ კასკადურ მოდულურ ტოპოლოგიებს (მაგალითად, MMC—Modular Multilevel Converter). უფრო მაღალი დაბრუნების დონე, უფრო მრავალი ქვემოდან მოდული საჭირო არის, რაც იწვევს უფრო რთულ სისტემურ სტრუქტურას. კონტროლის რთულება ექსპონენციურად ზრდას იღებს და მას ერთად ზრდას იღებს და დაბრკოლებები.
2. მომავალი პერსპექტივა
მიუხედავად დიდი გამოწვევებისა, ტექნოლოგიური შერევები განაპირობებს:
მოწყობილობების განვითარება: უფრო მაღალი დაბრუნების რეიტინგის SiC და გალიუმ ნიტრიდის (GaN) მოწყობილობები განვითარების ქვეშაა და წარმოადგენს უფრო მაღალი დაბრუნების SST-ების საფუძველს.
ტოპოლოგიის ინოვაციები: ახალი სქემის ტოპოლოგიები, როგორიცაა ჰიბრიდული მიდგომები (ტრადიციული ტრანსფორმატორების კომბინირება ელექტროენერგიის ტექნიკური კონვერტერებთან), არის მითითებული როგორც სწრაფი შესაძლებლობები მაღალ დაბრუნების გამოყენებებში.
სტანდარტიზაცია: როგორც ისე არგანიზაციები, როგორიცაა IEEE, იწყებენ SST-ების დაკავშირებული სტანდარტების დამუშავებას, ეს დაეხმარება სტანდარტულ დიზაინს და ტესტირებას, რაც აჩქარებს ტექნოლოგიურ ზრდას.
3. დასკვნა
ამჟამად, 10 kV SST-ები შეუდგენილია კომერციულ გამოყენებაში, ხოლო 35 kV დონე წარმოადგენს დემონსტრაციული პროექტების უმაღლეს დონეს, ხოლო 110 kV და უფრო მაღალი დონეები რჩება სამომავლო ტექნიკური კვლევების სფეროში. თვითმართული ტრანსფორმატორის დაბრუნების დონის ზრდა არის მუდმივი პროცესი, რომელიც დამოკიდებულია ელექტროენერგიის სემიკონდუქტორების, მასალების მეცნიერების, კონტროლის თეორიის და თერმალური მართვის ტექნოლოგიების საერთო პროგრესზე.
