Επιμέρους Έλεγχος Ισορροπίας Μοναδικής Τάσης για Συνδεδεμένο Ηλεκτρονικό Μετατροπέα Ρύθμισης Ενέργειας H-Bridge με Τοπολογία Χωρισμένης DC-Link

     Στο παρόν έγγραφο, προτείνεται μια συνολική στρατηγική ισορροπίας ατομικής DC τάσης (περιλαμβανομένων υψηλών και χαμηλών τάσεων DC-link) για τον ηλεκτρονικό μετατροπέα ενέργειας με διαχωρισμένη τοπολογία DC-link. Η στρατηγική προσαρμόζει τις ενεργειακές ισχύες που διαρρέουν τις φάσεις απομόνωσης και εξόδου σε διάφορα μετατροπικά μόντουλα για να ενισχύσει την ικανότητα ισορροπίας της DC τάσης. Μέσω της στρατηγικής, οι υψηλές και χαμηλές τάσεις DC-link μπορούν να ισορροπηθούν καλά όταν υπάρχει ανισορροπία μεταξύ διαφορετικών μετατροπικών μονάδων (π.χ., ανεπάρκεια παραμέτρων συστατικών ή/και ορισμένες από τις υψηλές ή/και χαμηλές τάσεις DC-link είναι συνδεδεμένες με ανανεώσιμες πηγές ενέργειας ή/και φορτία DC). Η προτεινόμενη στρατηγική αναλύεται και υποστηρίζεται από πειραματική επαλήθευση.

1.Εισαγωγή.

    Ο ηλεκτρονικός μετατροπέας ενέργειας (EPT), επίσης γνωστός ως solid-state transformer (SST) ή power electronic transformer (PET) , θεωρείται ως βασικό στοιχείο για το μέλλον του δικτύου ενέργειας. Διαθέτει πολλές προηγμένες λειτουργίες, όπως η ενσωμάτωση ανανεώσιμων πηγών ενέργειας, η σύνδεση με το κύριο δίκτυο ενέργειας και AC/DC μικροδίκτυα , η ρύθμιση της εξόδου τάσης, η καταστολή αρμονικών, η αντιστάθμιση ενεργού ρεύματος και η απομόνωση παρακμών.

Για τον EPT τριών σταδίων σε εφαρμογές υψηλής τάσης και υψηλής ισχύος, υπάρχουν πολλές υποσχόμενες τοπολογίες που έχουν μελετηθεί, όπως ο cascaded H-bridge EPT , ο modular multilevel converter (MMC) EPT  και ο clamping multilevel EPT . Το 2012, εγκαταστάθηκε ένα 15-kV 1.2-MVA μονοφασικό cascaded H-bridge traction EPT σε έναν τροχόστροφο για να μειωθεί το μέγεθος και να βελτιωθεί η απόδοση, αντικαθιστώντας το 16.67 Hz γραμμικό μετατροπέα ενέργειας . Το 2015, εγκαταστάθηκε ένα 10-kV/400-V 500-kVA τριφασικό cascaded H-bridge EPT σε ένα διανεμητικό δίκτυο ενέργειας για να παρέχει υψηλής ποιότητας προμήθεια ενέργειας .

2.EPT με Διαχωρισμένη Τοπολογία DC-Link.

    Σχήμα εμφανίζει το κύριο πλήθος του τριφασικού EPT με τη διαχωρισμένη τοπολογία DC-link που παρουσιάζεται . Είναι μια τριστάδια input-series-output-parallel διάταξη με      n     PMs ανά φάση. Τα τρία στάδια είναι το στάδιο εισόδου, το στάδιο απομόνωσης και το στάδιο εξόδου. Στο Σχήμα, υπάρχουν δύο άνοιγματα AC και έξι άνοιγματα DC. Για το PM 1 σε κάθε φάση, υπάρχουν ένα άνοιγμα υψηλής τάσης DC και ένα άνοιγμα χαμηλής τάσης DC για να συνδεθούν οι ανανεώσιμες πηγές ενέργειας και τα φορτία DC με διαφορετικά επίπεδα τάσης.

3.Η Προτεινόμενη Συνολική Στρατηγική Ισορροπίας Ατομικής DC Τάσης.

    Όταν οι ανανεώσιμες πηγές ενέργειας και τα φορτία DC είναι συνδεδεμένα με τα άνοιγματα DC του EPT (π.χ., άνοιγματα A_H και A_L, όπως φαίνεται στο Σχήμα 1) ή υπάρχει ανεπάρκεια παραμέτρων συστατικών, θα υπάρξει ανισορροπία ισχύος μεταξύ διαφορετικών PMs. Αν η ανισορροπία ισχύος υπερβαίνει την ικανότητα προσαρμογής του ελεγκτή ισορροπίας DC τάσης, οι τάσεις DC θα είναι ανισορροπημένες. Σε αυτή την ενότητα, θα αναλυθεί ως παράδειγμα η περίπτωση των ανανεώσιμων πηγών ενέργειας και των φορτίων DC. 

4.Εφαρμογή της Προτεινόμενης Συνολικής Στρατηγικής Ισορροπίας Ατομικής DC Τάσης.

    Η προτεινόμενη στρατηγική περιλαμβάνει δύο μέρη: μια στρατηγική ισορροπίας ατομικής υψηλής τάσης DC-link στο στάδιο απομόνωσης και μια στρατηγική ισορροπίας ατομικής χαμηλής τάσης DC-link στο στάδιο εξόδου.

5.Συμπεράσματα.

     Στο παρόν έγγραφο, προτείνεται μια συνολική στρατηγική ισορροπίας ατομικής DC τάσης για το EPT με τη διαχωρισμένη τοπολογία DC-link. Οι ικανότητες ισορροπίας τάσης DC των τριών συνολικών στρατηγικών ισορροπίας ατομικής DC τάσης έχουν αναλυθεί και ταξινομηθεί. Τα αποτελέσματα ταξινόμησης δείχνουν ότι η προτεινόμενη στρατηγική έχει την ισχυρότερη ικανότητα ισορροπίας DC τάσης. Αυτό το συμπέρασμα υποστηρίζεται από πειραματική επαλήθευση. Τα πειραματικά αποτελέσματα έχουν δείξει ότι οι ατομικές υψηλές και χαμηλές τάσεις DC-link μπορούν να ισορροπηθούν καλά με την προτεινόμενη στρατηγική όταν υπάρχουν σοβαρές ανεπάρκειες παραμέτρων συστατικών ή υπάρχει μεγάλο ποσοστό DC ισχύος στη συνολική ισχύ. Στην πραγματικότητα, με την προτεινόμενη στρατηγική, οι ατομικές υψηλές και χαμηλές τάσεις DC-link μπορούν να ισορροπηθούν υπό σοβαρές ανισορροπημένες συνθήκες, όσο οι ισχύες που διαρρέουν το PM είναι εντός της μέγιστης επιτρεπόμενης ισχύος .

Πηγή: IEEE Xplore.

Δήλωση: Αξιοποιήστε το αρχικό, τα καλά άρθρα αξίζουν το μεταδοτικό, αν υπάρχει παραβίαση πνευματικών δικαιωμάτων παρακαλώ επικοινωνήστε για διαγραφή.