यह क्यों कठिन है वोल्टेज स्तर बढ़ाना?
ठोस अवस्थाको ट्रान्सफार्मर (SST), जसलाई पावर इलेक्ट्रॉनिक ट्रान्सफार्मर (PET) पनि भनिन्छ, यसको प्रौद्योगिकीय परिपक्वता र अनुप्रयोग स्थितिहरूको मुख्य चिह्नक रूपमा वोल्टेज स्तर प्रयोग गरिन्छ। यस समयमा, SSTहरूले मध्यम वोल्टेज वितरण फलकमा 10 kV र 35 kV को वोल्टेज स्तर पुग्यो छ, तर उच्च वोल्टेज प्रसारण फलकमा यी लाभार्थी अभियान र प्रोटोटाइप परीक्षणको अवस्थामा रहेका छन्। तल दिएको तालिकाले विभिन्न अनुप्रयोग स्थितिहरूमा वर्तमान वोल्टेज स्तरको स्थिति उज्यालो गर्दछ:
| अनुप्रयोग स्थिति | वोल्टेज स्तर | प्रौद्योगिकीय स्थिति | नोट र मामला |
| डाटा केन्द्र / इमारत | 10kV | व्यापारिक अनुप्रयोग | धेरै परिपक्व उत्पादनहरू छन्। उदाहरणका लागि, CGICले "पूर्व डिजिटल र पश्चिम गणना" गुइ'आन डाटा केन्द्रको लागि 10kV/2.4MW SST प्रदान गरेको छ। |
| वितरण नेटवर्क / पार्क - तहको प्रदर्शन | 10kV - 35kV | प्रदर्शन परियोजना | केही अग्रणी कम्पनीहरूले 35kV प्रोटोटाइप ल्याउन र ग्रिड-सम्बद्ध प्रदर्शन गर्ने छन्, यो अब सम्म ज्ञात अभियान्त्रिक अनुप्रयोगको लागि सर्वोच्च वोल्टेज स्तर हो। |
| पावर सिस्टेमको प्रसारण फलक | > 110kV | प्रयोगशाला सिद्धान्त प्रोटोटाइप | विश्वविद्यालय र अनुसन्धान संस्थाहरू (जस्तै त्सिंहुआ विश्वविद्यालय, ग्लोबल एनर्जी इन्टरनेट अनुसन्धान संस्थान)ले 110kV वा उच्च वोल्टेज स्तरका प्रोटोटाइप विकसित गरेका छन्, तर अहिले सम्म कुनै व्यापारिक परियोजना पाइएको छैन। |
1. वोल्टेज स्तर बढाउन सानो किन दिइन्छ?
ठोस अवस्थाको ट्रान्सफार्मर (SST) को वोल्टेज स्तर घटकहरूलाई ठोस गरेर बढाउँदै नही बढाउन सकिन्छ; यसलाई एक श्रृंखला मौलिक प्रौद्योगिकीय चुनौतीहरू द्वारा सीमित गरिन्छ:
1.1 पावर सेमीकंडक्टर डिभाइसहरूको वोल्टेज सहनी सीमा
यो मुख्य बाँधकाम हो। वर्तमानमा, मुख्यधारा SSTहरूले सिलिकन-आधारित IGBT वा अधिक प्रगतिशील सिलिकन कार्बाइड (SiC) MOSFET प्रयोग गर्छन्।
एकल SiC डिभाइसको वोल्टेज रेटिंग सामान्यतया 10 kV देखि 15 kV पर्यन्त हुन्छ। उच्च व्यवस्थापन वोल्टेज (उदाहरणका लागि, 35 kV) सामान्य गर्न धेरै डिभाइसलाई श्रृंखला जोड्नुपर्छ। तर, श्रृंखला जोड्न जटिल "वोल्टेज बालेन्सिङ समस्याहरू" लाई आन्छन्न गर्छ, जहाँ डिभाइसहरू बीच यदि छोटो फरक छ भने वोल्टेज असमानता र माड्युल फेल हुन सक्छ।
1.2 उच्च फ्रिक्वेन्सी ट्रान्सफार्मर अवरोधन प्रौद्योगिकीमा चुनौतीहरू
SSTको मुख्य लाभ उच्च फ्रिक्वेन्सी ऑपरेशन द्वारा आकार को घटाउन हो। तर, उच्च फ्रिक्वेन्सीमा, अवरोधन सामग्रीहरू र विद्युत क्षेत्र वितरण अत्यधिक जटिल हुन्छन्। वोल्टेज स्तर उच्च भएको अनुसार, उच्च फ्रिक्वेन्सी ट्रान्सफार्मरको अवरोधन डिझाइन, निर्माण प्रक्रिया, र थर्मल प्रबन्धनको लागि अत्यधिक विनियोजन आवश्यक हुन्छ। सीमित अवकाशमा दहाइको kV-स्तरको उच्च फ्रिक्वेन्सी अवरोधन प्राप्त गर्न सामग्री र डिझाइनमा एक महत्त्वपूर्ण चुनौती छ।
1.3 प्रणाली टोपोलोजी र नियन्त्रणको जटिलता
उच्च वोल्टेज सामान्य गर्न, SSTहरूले जटिल माड्युलर टोपोलोजीहरू (उदाहरणका लागि, MMC—मोड्युलर मल्टीलेवल कन्वर्टर) प्रयोग गर्छन्। वोल्टेज स्तर उच्च भएको अनुसार, आवश्यक उप-माड्युलहरूको संख्या बढ्छ, यसले अत्यधिक जटिल प्रणाली संरचना बनाउँदछ। नियन्त्रण दुष्करता घातांकीय रूपमा बढ्छ, र यसले लागत र फेल दर दुवै बढाउँदछ।
2. भविष्यको दृष्टिकोण
प्रमुख चुनौतीहरूको बावजुद, प्रौद्योगिकीय प्रगतिहरू निरन्तर चलिरहेका छन्:
डिभाइस प्रगति: उच्च-वोल्टेज रेटिंग वाले SiC र गैलियम नाइट्राइड (GaN) डिभाइसहरू विकासमा छन् र यी उच्च-वोल्टेज SSTहरू प्राप्त गर्ने आधार छन्।
टोपोलोजी नवीनता: नयाँ सर्किट टोपोलोजीहरू, जस्तै हाइब्रिड दृष्टिकोण (पारम्परिक ट्रान्सफार्मरहरू र पावर इलेक्ट्रॉनिक कन्वर्टरहरूको संयोजन), उच्च-वोल्टेज अनुप्रयोगमा त्वरित प्रगतिको एक उपयुक्त मार्ग मानिन्छ।
मानकीकरण: जस्तै IEEE जस्ता संगठनहरू SST-सम्बन्धी मानकहरू स्थापना गर्दै छन्, यसले मानकीकृत डिझाइन र परीक्षणलाई बढाउँदछ, र प्रौद्योगिकीय परिपक्वतालाई त्वरित गर्दछ।
3. निष्कर्ष
वर्तमानमा, 10 kV SSTहरू व्यापारिक अनुप्रयोगमा प्रवेश गरेका छन्, र 35 kV स्तर प्रदर्शन परियोजनामा प्राप्त गरिएको सर्वोच्च स्तर हो, तर 110 kV वा उच्च वोल्टेज स्तर अग्रदृष्टिको प्रौद्योगिकीय अनुसन्धानको क्षेत्रमा रहेका छन्। ठोस अवस्थाको ट्रान्सफार्मरको वोल्टेज स्तरको प्रगति एक धीरे-धीरे प्रक्रिया हो, जसलाई पावर सेमीकंडक्टर, सामग्री विज्ञान, नियन्त्रण सिद्धान्त, र थर्मल प्रबन्धन प्रौद्योगिकीहरूमा समन्वित प्रगतिले निर्धारण गर्छ।
