Vidutinės ir aukštos įtampos galios elektroninių transformatorių topologijos ir valdymo taikymų apžvalga II

2 PET bendros struktūros pasirinkimas

PET topologijos labai skiriasi. Remiantis energijos konversijos pakopų skaičiumi, jas galima suskirstyti į vienpakopes, dvipakopes ir tripakopes [7]. Dvipakopėms struktūroms priskiriamos struktūros su aukštos ir žemos įtampos nuolatinės srovės šynomis, kaip parodyta 1 paveiksle.

Vienpakopiuose PET detektoriuose (1 pav. (a)) vidutinio/aukšto dažnio Izoliacinis transformatorius jungia AC/AC keitiklius iš abiejų pusių. Pirminės pusės AC/AC keitiklis moduliuoja įėjimo tinklo dažnio kintamąją įtampą į aukšto dažnio kintamąją įtampą, kuri sujungiama per transformatorių, o tada antrinės pusės AC/AC keitiklio paverčiama atgal į tinklo dažnio kintamąją įtampą. Vienpakopiai PET tranzistoriai turi mažiau konversijos pakopų ir mažiau komponentų, didelį efektyvumą ir didelį galios tankį. Tačiau dėl nuolatinės srovės magistralės trūkumo jie netinka hibridiniams AC/DC tinklams, o galios atjungimo valdymas yra sudėtingas.

Dviejų pakopų PET tranzistoriai turi nuolatinės srovės šyną aukštos arba žemos įtampos pusėje. Vienos izoliacinio transformatoriaus pusės topologija panaši į vienpakopio PET topologiją, o kita pusė prie nuolatinės srovės šynos jungiasi AC/DC arba DC/AC grandinėmis (1(c) ir 1(d) pav.). Naudojant aukštos arba žemos įtampos nuolatinės srovės jungtis, dviejų pakopų PET tranzistoriai gali būti prijungti prie vidutinės/aukštos įtampos nuolatinės srovės tinklų aukštos įtampos pusėje arba prie PV/akumuliacijos sistemų žemos įtampos pusėje. Tačiau aktyvioji galia, perduodama keitiklių abiejose izoliacinio transformatoriaus pusėse, yra labai jautri transformatoriaus nuotėkio induktyvumo parametrams. Be to, nuolatinės srovės šynos kondensatorius patiria didelius dvigubo linijos dažnio įtampos svyravimus, o keitiklio srovės svyravimai yra dideli [7], todėl valdymą sunku atlikti.

Trijų pakopų PET tranzistoriai (1 pav. (b)) turi nuolatinės srovės šynas tiek aukštos, tiek žemos įtampos pusėse. Įėjimo linijinio dažnio kintamoji srovė yra ištiesinama į aukštos įtampos nuolatinės srovės šyną naudojant AC/DC konversiją, moduliuojama į aukšto dažnio stačiakampes bangas, sujungiama su žemos įtampos puse per vidutinio/aukšto dažnio transformatorių, ištiesinama į žemos įtampos nuolatinės srovės šyną ir galiausiai invertuojama į linijinio dažnio kintamąją įtampą naudojant DC/AC konversiją. Trijų pakopų PET tranzistorius galima jungti tiek prie aukštos, tiek prie žemos įtampos nuolatinės srovės sistemų. Kiekvienos konversijos pakopos valdymas yra gana nepriklausomas, todėl lengviau valdyti atskyrimą ir kompensavimą. Tačiau kelios konversijos pakopos sukuria sudėtingiausią struktūrą. Dėl daugiapakopės konstrukcijos trijų pakopų PET topologijos lengviau pasiekia kaskadinį jungimą aukštosios įtampos pusėje ir lygiagretų jungimą žemosios įtampos pusėje, patenkindamos vidutinės/aukštos įtampos taikymo poreikius. Taigi, trijų pakopų topologijos yra plačiausiai naudojamos vidutinės/aukštos įtampos PET tyrimuose ir taikymuose.

Vidutinės/aukštos įtampos PET tranzistorių atveju žemosios įtampos pusėje yra žemos įtampos lygiai su minimaliais įrenginio įtampos apribojimais. Priešingai, aukštosios įtampos išlyginimo pakopa ir tarpinė izoliacijos pakopa susiduria su aukšta įtampa, todėl grandinių topologijoms ir įtaisams keliami griežtesni reikalavimai. Esami tyrimai sutelkti į dvi kryptis: ① Naujos vidutinės/aukštos įtampos PET topologijos ir valdymo metodai, pagrįsti esamais įrenginių įtampos vardiniais rodikliais; ② PET topologijos ir valdymas naudojant naujus aukštosios įtampos įtaisus, pvz., 10 kV SiC įtaisus [8, 9]. Tačiau aukštosios įtampos SiC įtaisai vis dar yra laboratorinių tyrimų ir plėtros etape, o komerciniai įtaisai dar negali atitikti įtampos reikalavimų. Todėl, siekiant patenkinti didelius įėjimo įtampos reikalavimus, naudojamos daugiamodulės kaskadinės arba vieno modulio daugiapakopės topologijos. Tipinės topologijos parodytos 2 paveiksle, analizuotos 3 skyriuje.