Pregled topologije i primjene upravljanja srednje-visokonaponskim elektroničkim transformatorima II

2 Odabir ukupne strukture PET-a

PET topologije se uvelike razlikuju. Na temelju broja stupnjeva pretvorbe energije, mogu se klasificirati u jednostupanjske, dvostupanjske i trostupanjske tipove [7]. Dvostupanjske strukture uključuju one s visokonaponskim i niskonaponskim istosmjernim sabirnicama, kao što je prikazano na slici 1.

U jednostupanjskim PET-ovima (slika 1(a)), srednja/visoka frekvencija Izolacijski transformator spaja AC/AC pretvarače s obje strane. AC/AC pretvarač na primarnoj strani modulira ulazni AC napon linijske frekvencije u visokofrekventni AC napon, koji se spaja kroz transformator, a zatim pretvara natrag u AC napon linijske frekvencije pomoću AC/AC pretvarača na sekundarnoj strani. Jednostupanjski PET-ovi imaju manje stupnjeva pretvorbe i manje komponenti, visoku učinkovitost i visoku gustoću snage. Međutim, nedostatak DC sabirnice čini ih neprikladnima za hibridne AC/DC mreže, a kontrola odvajanja snage je složena.

Dvostupanjski PET-ovi imaju istosmjernu sabirnicu na visokonaponskoj ili niskonaponskoj strani. Topologija na jednoj strani izolacijskog transformatora nalikuje onoj jednostupanjskog PET-a, dok se druga strana spaja na istosmjernu sabirnicu putem AC/DC ili DC/AC krugova (slika 1(c) i slika 1(d)). S visokonaponskim ili niskonaponskim istosmjernim vezama, dvostupanjski PET-ovi mogu se spojiti na srednje/visokonaponske istosmjerne mreže na visokonaponskoj strani ili na fotonaponske/skladišne ​​sustave na niskonaponskoj strani. Međutim, aktivna snaga koju prenose pretvarači na obje strane izolacijskog transformatora vrlo je osjetljiva na parametre induktiviteta propuštanja transformatora. Osim toga, kondenzator istosmjerne sabirnice doživljava značajne fluktuacije napona dvostruke linijske frekvencije, a fluktuacije struje pretvarača su velike [7], što otežava upravljanje.

Trostupanjski PET-ovi (slika 1(b)) imaju istosmjerne sabirnice i na visokonaponskoj i na niskonaponskoj strani. Ulazna izmjenična struja linijske frekvencije ispravlja se na visokonaponsku istosmjernu sabirnicu putem AC/DC pretvorbe, modulira se u visokofrekventne pravokutne valove, spaja se na niskonaponsku stranu putem srednje/visokofrekventnog transformatora, ispravlja se na niskonaponsku istosmjernu sabirnicu i konačno se invertira u izmjenični napon linijske frekvencije putem DC/AC pretvorbe. Trostupanjski PET-ovi mogu se spojiti na visokonaponske i niskonaponske istosmjerne sustave. Upravljanje svakim stupnjem pretvorbe je relativno neovisno, što olakšava upravljanje razdvajanjem i kompenzacijom. Međutim, više stupnjeva pretvorbe rezultira najsloženijom strukturom. Zbog višestupanjskog dizajna, trostupanjske PET topologije lakše postižu kaskadno spajanje na visokonaponskoj strani i paralelno spajanje na niskonaponskoj strani, zadovoljavajući potrebe primjene srednjeg/visokog napona. Stoga su trostupanjske topologije najčešće korištene u istraživanju i primjeni PET-a srednjeg/visokog napona.

Za PET-ove u primjenama srednjeg/visokog napona, niskonaponska strana ima niske naponske razine s minimalnim ograničenjima napona uređaja. Nasuprot tome, visokonaponski stupanj ispravljanja i međufaza izolacije suočavaju se s visokim naponskim razinama, što nameće strože zahtjeve na topologije krugova i uređaje. Postojeća istraživanja usmjerena su na dva smjera: ① Nove topologije i metode upravljanja za srednje/visokonaponske PET-ove temeljene na postojećim nazivnim naponima uređaja; ② PET topologije i upravljanja korištenjem novih visokonaponskih uređaja, kao što su 10kV SiC uređaji [8, 9]. Međutim, visokonaponski SiC uređaji još su u fazi istraživanja i razvoja u laboratoriju, a komercijalni uređaji još ne mogu zadovoljiti naponske zahtjeve. Stoga se za zadovoljavanje zahtjeva visokog ulaznog napona koriste višemodulne kaskadne ili jednomodulne višerazinske topologije. Tipične topologije prikazane su na slici 2, analizirane u odjeljku 3.