Brúcháilteoir Díchreidmheach Tíochtshoileach Ardvoltaige Seoil Meascana

I. Cúlra an Tionscadail agus Anáil Níos Mionsonach​
Mar gheall ar an dul chun cinn forleathan i gcéimniú fuinnimh, tá teicneolaíocht aistrithe DC éadrom bainteach le convertóir fuinneamh (VSC) tar éis a bheith ina réiteach príomha chun fuinnimh atá nua-aimseartha a chur isteach ar scála mór agus chun cumas aistrithe fhuinneamh ar fud fad mór a mhéadú, mar gheall ar na buntáistí cosúil le rialú neamhspleách ar fhuinneamh gníomhach agus reachtach agus ar an ilchomhartháin íseal. Tá tógáil gréasáin DC éadrom ina treo díchonrach. I saothar seo, tá briseoirí circuit DC éadrom, mar ghné bhunúsach chun faillí a shínchealú go tapa agus chun córas slán agus stiúrtha a chinntiú, an-tábhachtach. Gan briseoirí circuit DC ard-éadrom de chuid airgead, bheadh an oiriúnacht oibriúcháin agus an iontaofacht soláthar gréasáin DC éadrom go sármhór curtha faoi smacht.

Tá srianadh suntasach ar theicneolaíochtaí briseoirí circuit DC ard-éadrom reatha:

• ​Briseoirí Circuit Meicniúla: Cé go cuireann siad aistriúcháin íseal agus éadrom ard chun cinn, is é a lárscéal ná gur 20-30 milliseacunda é am an aistriú, rud nach bhfuil inmheas ar riail aistriúcháin tapa faillí ar scála milliseacundan i ggréasáin DC éadrom.
• ​Briseoirí Circuit Ginearálta Amach: Mar gheall ar úsáid eileamhan semiceapacha, cuireann siad aistriúchán an-dréachtach chun cinn, ach tá aistriúcháin íseal ábhartha, costas oibre ard agus feidhmíocht geilleagartha an-díobhálach orthu.
• ​Briseoirí Circuit Cróga Traidisiúnta: Cé go comhcheiltear aistriúcháin íseal meicniúla agus aistriúchán dréachtach amach, ní mian leis an struchtúr seo IGBTs a chaitheamh ina dhiaidh a chéile i dtreo amach agus isteach, rud a chuironn isteach ar úsáid ealaíon, castacht an chórais agus costas.

Chun aird a thabhairt ar na coimeádáin teicneolaíocha seo, tá riachtanas dúshlánach ar réiteach nua briseoir circuit DC a chumaisfidh aistriúchán tapa, aistriúcháin íseal, feidhmíocht geilleagartha ard agus iontaofacht ard.

​II. Réiteach: Briseoir Circuit DC Ard-Éadrom Cróga Díorthach​
Molann an réiteach seo struchtúr nua briseoir circuit DC cróga díorthach, a chabhraíonn go bunúsach leis na teorainní teicneolaíochta reatha a réiteach.

​​(I) Teicneolaíocht Bunúsach: Struchtúr Circuit Nuálach​
Consóidéir briseoir circuit seo clúid aistriúcháin agus clúid aistriúcháin a bhfuil siad ceangailte ina ndiaidh a chéile.

1. ​Clúid Aistriúcháin:
• ​Bunstruchtúr: Consóidéir sé switch meicniúil ardluas (S1) agus grúpa vóltaí aistriúcháin (Q1) a bhfuil siad ceangailte ina ndiaidh a chéile.
• ​Gnéithe: Tá modh teagmhais uafásach íseal (go díreach cuid mhicréomaohmaí) ag S1, agus consóidéir Q1 roinnt beag IGBTs le titim voltaí conadaí íseal. Le linn oibriúcháin ginearálta, téitear an currant ráitithe trína chéile, a chinntíonn aistriúcháin íseal uafásach.
2. ​Clúid Aistriúcháin:
• ​Bunstruchtúr: Úsáideann sé struchtúr díorthach, a consóidéir grúpa vóltaí commutation bridge (D1-D4, a consóidéir roinnt diodanna ina ndiaidh a chéile), grúpa vóltaí aistriúcháin aontreoch (Q2, a consóidéir roinnt IGBTs ina ndiaidh a chéile), agus resistor neamhliniúil (MOV1, lightning arrester).
• ​Buntáiste Bunúsach: Tá an struchtúr díorthach in ann currant a athrú go heifeachtaí, a chabhraíonn leis an grúpa vóltaí aistriúcháin aontreoch (Q2) currant faillí DC a dhéanamh ina dhiaidh a chéile. Comhchothrom le hiontráilí cróga traidisiúnta, is é an líon IGBTs laghdaithe le 50%. Má tá press-pack IGBTs tráchtála 10 uair níos daor ná diodaí cothroime, agus an laghdú IGBTs laghdóidh an líon board driver a leanann, is féidir an struchtúr seo a chur chun cinn a dhéanamh agus fiabilitéachas ar fad a fheabhsú.

​​(II) Prionsabal Oibre Aistriúcháin Eifeachtaí​
Mar shampla, nuair a théann an currant ó Port 1 go Port 2, consóidéir an próiseas aistriúcháin cheithre stádas:

1. ​Stádas 1 (t0–t1, Faillí)​: Téann faillí short-circuit ar an líne, a chuironn an currant ar aghaidh go tapa. Sa tráth seo, is é S1 agus Q1 a oibríonn, Q2 tá seachad, agus an currant faillí téitear go hiomlán trína chéile aistriúcháin.
2. ​Stádas 2 (t1–t2, Athrú Currant)​: Téann an córas rialú orduithe oscailte, agus cuireann Q2 agus Q1 seachad. Téann an conadaí Q2 a chur ar an mbriog arm, a chuironn an currant a athrú ón clúid aistriúcháin go dtí an clúid aistriúcháin (cosán: D1 → Q2 → D4).
3. ​Stádas 3 (t2–t3, Aistriúchán Switch Meicniúil)​: Tar éis an currant aistriúcháin a athrú go hiomlán, is é an switch meicniúil S1 a chuironn an aistriúchán faoi choinníoll zero currant agus zero voltaí gan arc, a chuironn buanna insuláide.
4. ​Stádas 4 (t3–t4, Glacadh Currant Faillí)​: Tar éis S1 a chuironn an aistriúchán, Q2 seachad. Téann an seachad Q2 a chur ar an bhfuar voltaí tréimhseach ar an briseoir circuit, agus cuireann MOV1 a chur ar an currant faillí chun a chur ar an gcurrant faillí agus a chur ar an gcurrant go dtí zero, agus an aistriúchán faillí a chuironn críochnaithe.

Is é an prionsabal aistriúcháin don currant ar ais an samhradh, a chuironn an bridge diode (D2, D3) a chur trí Q2.

​​(III) Stratéis Rialú Intleachtach​

1. ​Stratéis Rialú Roimh Aistriúcháin:
• ​Cuspóir: Chun an buntáiste a dhéanamh ar an bpointe bog aistriúcháin an switch meicniúil ardluas (c. 2 ms), laghdú ar an am aistriúcháin iomlán, agus an currant faillí a chuir.
• ​Lógic: Trí monatóireacht raonach ar voltaí bus, voltaí líne, agus currant líne (i gcoitinne 6 critéir, mar atá i mbord 1), más é aon critéir neamhrialta atá trioblóid, an t-oibríocht roimh aistriúcháin a chur ar aghaidh (athrú currant go dtí an clúid aistriúcháin agus S1 a oscailt). Más é orduithe oscailte formálta a fhaightear ina dhiaidh sin, an aistriúchán a chuironn críochnaithe; más é aon mhallacht, an currant a athrú ar ais go dtí an clúid aistriúcháin chun oibriú ginearálta a leanúint.
• ​Tionchar: Léiríonn simúlú go bhféadfaí an currant faillí a chuir ó 25 kA go 17 kA, agus an am aistriúcháin iomlán a chur chun cinn laistigh de 3 ms.

​Bord 1: Critéir Oscailte Roimh Aistriúcháin​

1. ​Stratéis Rialú Oscailte Soichte:
• ​Cuspóir: Chun an fhadhb overvoltage agus oscillation an córas ag an tráth oscailte, gan an riachtanas do résistors agus switches breise, agus an costas agus an spás a chur chun cinn.
• ​Lógic: Téann an clúid aistriúcháin mar a consóidéir roinnt unití medium-voltage ina ndiaidh a chéile. Ag an tráth oscailte, an t-oibríocht soichte a chur chun cinn go huile is a chur chun cinn an path. Ina dhiaidh gach céim, an t-faillí a chur ar an gcurrant. Más é nach bhfuil faillí a aimsíodh, an próiseas a leanúint go dtí gach unit a chur chun cinn. Deiridh, an clúid aistriúcháin a chur chun cinn, agus an clúid aistriúcháin a chur seachad. Más é faillí a aimsíodh le linn an phróisis, an t-oscailte a chur seachad.
• ​Feidhmiúlacht: Feidhmeannach do oscailte ginearálta agus do automatic reclosing tar éis an t-faillí a chur chun cinn. Léiríonn simúlú nach bhfuil overvoltage agus oscillation.

​III. Forbairt Protóip agus Fíricí Eipeirí​

​​(I) Paraméadar agus Struchtúr Bunúsach an Protóip​
Tá protóip inigne 500 kV briseoir circuit DC forbairthe leis na paraméadar bunúsach seo:

• ​Deartháireacht Forbairt:
• ​Clúid Aistriúcháin: Mar gheall ar an currant a théann trína chéile ar feadh tréimhse fada, Q1 a chuironn an córas uisce-coil, agus a chuironn ar an talamh den valve tower; S1 a consóidéir roinnt switches vacuum ina ndiaidh a chéile, a chuironn an t-ionsaí electromagnétique repulsion, agus a chuironn ar an méadar den valve tower.
• ​Clúid Aistriúcháin: A consóidéir 10 unití medium-voltage 50 kV ina ndiaidh a chéile, a chuironn i 2 valve towers (5 céimeanna gach ceann). Tá Q2 a chuironn an design dual-parallel IGBT chun an aistriúchán a chur chun cinn. Níl currant a théann trína chéile le linn oibriú ginearálta, agus níl an riachtanas do coil, agus an deartháireacht níos sármhaith.

​​(II) Torthaí Eipeirí Fíricí​
Tá an protóip tar éis testanna cruinn (LC oscillating circuit):

• ​Am Commutation: An am a chuironn an currant a athrú ón clúid aistriúcháin go dtí an clúid aistriúcháin < 300 µs.
• ​Am Aistriúcháin Iomlán: Ón orduithe oscailte a fháil go dtí an currant a thosaíonn a chur seachad, bhí sé c. 2.9 ms, a chuironn an tairseach deartháireachta <3 ms.
• ​Overvoltage Tréimhseach: Bhí overvoltage tréimhseach c. 800 kV a chuironn le linn an aistriúcháin, a chuironn leis an leibhéal cosaint MOV, agus a chuironn slán agus córas.
• ​Críochnú: Léiríonn na heipeirí go rathúil an feasachas, an tionchar, agus an feidhmíocht ar a chuironn an topologie briseoir circuit DC éadrom díorthach.

​IV. Conaidí Bunúsach:

1. Tá an topologie cróga díorthach molta sa réiteach seo a chuironn an deartháireacht nua leis an bridge diode a chuironn an rialú currant ina dhiaidh a chéile, agus an laghdú IGBTs c. 50% le hiontráilí traidisiúnta, agus an t-buntáiste geilleagartha agus fiabilitéachas.
2. Tá na stratéis rialú intleachtach roimh aistriúcháin agus oscailte soichte a chuironn an fhadhb aistriúcháin switch meicniúil agus an t-oscailte, agus an feidhmíocht dynamica an chóras a fheabhsú.
3. Tá an forbairt rathúil agus na heipeirí 500 kV/25 kA inigne protóip a léiríonn go forleathan an feasachas ininge agus an feidhmíocht a chuironn an modh teicneolaíochta seo.