Pagsusuri sa Topolohiya at mga Aplikasyon sa Pagkontrol ng mga Medium-High Voltage Power Electronic Transformers II

2 Pagpili ng Pangkalahatang Istruktura ng PET

Ang mga topolohiya ng PET ay lubhang nag-iiba. Batay sa bilang ng mga yugto ng conversion ng enerhiya, maaari silang uriin sa mga uri na single-stage, two-stage, at three-stage [7]. Kasama sa mga istrukturang two-stage ang mga may high-voltage at low-voltage DC bus, gaya ng ipinapakita sa Figure 1.

Sa mga single-stage PET (Larawan 1(a)), isang medium/high-frequency Transpormador ng Paghihiwalay Nag-uugnay ito sa mga AC/AC converter sa magkabilang panig. Binabago ng primary-side AC/AC converter ang input line-frequency AC voltage tungo sa high-frequency AC voltage, na ikinakabit sa pamamagitan ng transformer at pagkatapos ay kino-convert pabalik sa line-frequency AC voltage ng secondary-side AC/AC converter. Ang mga single-stage PET ay may mas kaunting conversion stage at mas kaunting component, mataas na efficiency, at mataas na power density. Gayunpaman, ang kawalan ng DC bus ay ginagawa silang hindi angkop para sa hybrid AC/DC grids, at ang power decoupling control ay kumplikado.

Ang mga two-stage PET ay may DC bus sa alinman sa high- o low-voltage na bahagi. Ang topology sa isang bahagi ng isolation transformer ay kahawig ng sa isang single-stage PET, habang ang kabilang bahagi ay kumokonekta sa DC bus sa pamamagitan ng AC/DC o DC/AC circuits (Fig. 1(c) at Fig. 1(d)). Sa mga high- o low-voltage DC links, ang mga two-stage PET ay maaaring kumonekta sa medium/high-voltage DC grids sa high-voltage na bahagi o sa mga PV/storage system sa low-voltage na bahagi. Gayunpaman, ang aktibong power na inililipat ng mga converter sa magkabilang panig ng isolation transformer ay lubos na sensitibo sa mga parameter ng leakage inductance ng transformer. Bukod pa rito, ang DC bus capacitor ay nakakaranas ng makabuluhang double-line-frequency voltage fluctuations, at ang mga converter current fluctuations ay malaki [7], na ginagawang mahirap ang kontrol.

Ang mga three-stage PET (Fig. 1(b)) ay may mga DC bus sa magkabilang panig na may mataas at mababang boltahe. Ang input line-frequency AC current ay ire-rectify sa isang high-voltage DC bus sa pamamagitan ng AC/DC conversion, i-modulate sa high-frequency square waves, ikokonekta sa low-voltage side sa pamamagitan ng medium/high-frequency transformer, ire-rectify sa low-voltage DC bus, at sa huli ay i-invert sa line-frequency AC voltage sa pamamagitan ng DC/AC conversion. Ang mga three-stage PET ay maaaring kumonekta sa parehong high- at low-voltage DC system. Ang pagkontrol sa bawat conversion stage ay medyo independiyente, na nagpapadali sa decoupling at compensation control. Gayunpaman, ang maraming conversion stage ay nagreresulta sa pinakakumplikadong istraktura. Dahil sa multi-stage na disenyo, ang mga three-stage PET topology ay mas madaling nakakamit ng cascading sa high-voltage side at paralleling sa low-voltage side, na nakakatugon sa mga pangangailangan sa aplikasyon ng medium/high voltage. Kaya, ang mga three-stage topology ang pinakamalawak na ginagamit sa pananaliksik at aplikasyon ng medium/high voltage PET.

Para sa mga PET sa mga aplikasyon na katamtaman/mataas na boltahe, ang bahaging mababa ang boltahe ay may mababang antas ng boltahe na may kaunting mga limitasyon sa boltahe ng aparato. Sa kabaligtaran, ang yugto ng rektipikasyon na mataas ang boltahe at yugto ng intermediate na paghihiwalay ay nahaharap sa mataas na antas ng boltahe, na nagpapataw ng mas mahigpit na mga kinakailangan sa mga topolohiya at aparato ng circuit. Ang umiiral na pananaliksik ay nakatuon sa dalawang direksyon: ① Mga bagong topolohiya at mga pamamaraan ng kontrol para sa mga PET na katamtaman/mataas na boltahe batay sa mga umiiral na rating ng boltahe ng aparato; ② Mga topolohiya at kontrol ng PET gamit ang mga bagong aparato na may mataas na boltahe, tulad ng mga aparatong 10kV SiC [8, 9]. Gayunpaman, ang mga aparatong may mataas na boltahe na SiC ay nasa yugto pa rin ng R&D sa laboratoryo, at ang mga komersyal na aparato ay hindi pa nakakatugon sa mga kinakailangan sa boltahe. Samakatuwid, ang mga topolohiya na multi-module cascaded o single-module multilevel ay ginagamit upang matugunan ang mga kinakailangan sa mataas na boltahe ng input. Ang mga karaniwang topolohiya ay ipinapakita sa Figure 2, na sinuri sa Seksyon 3.