Solid State Transformer (SST) Heill þekkingarkerfi

1. Grunnskilgreining og nöfn

Solid State Transformer (SST), fræðilega nefndurPower Electronic Transformer (PET), einnig þekkt sem snjöll-faststöðuaðveitustöð eða orkubein í greininni.

Í meginatriðum er það ekki járn-kjarnaspennir, hann er einingaafl rafeindabúnaður sem samþættir leiðréttingu, snúning, hátíðnieinangrun og stjórnun aflgæða. Það treystir á SiC/GaN-breitt-bandgap hálfleiðara til að átta sig á spennuumbreytingu og einangrun með há-tíðniskiptingu, og yfirgefa hefðbundna 50 Hz afl-tíðnijárn-kjarna uppbyggingu.

Hugtakið „fast-ástand“ gefur til kynna enga snúningshluta eða olíu-kjarna járnkjarna; allt tækið samanstendur eingöngu af-hálfleiðarahlutum í föstu formi, sem aðgreinir það frá fljótandi olíu-fylltum afl-tíðnispennum.

2. Vinnureglur

Upprunnið frá rafsegulörvunarformúlunni:

Þversniðsflatarmál járnkjarnaSer í öfugu hlutfalli við rekstrartíðnif.

Hefðbundnir afl-tíðnispennar starfa á föstum 50 Hz, sem krefjast fyrirferðarmikilla járnkjarna.

SST eykur rekstrartíðni til20 kHz ~ 200 kHz, minnkar rúmmál segulmagnaðir hluta í 1/10 ~ 1/5 af upprunalegri stærð fyrir smæðingu.

Almenn þriggja-þrepa orkuskiptakeðja:

Rekstrartíðni há-riðstraumur → stýrð leiðrétting → há-jafnspennustraum

Há-jafnspenna snúið við í há-riðstraum → einangruð spennuumbreyting með þéttum hátíðnispennu

Há-rafstraumur á aukahliðinni leiðréttur/snúinn → lág-tíðni riðstraum eða há-jafnspennuútgangur

Tæknigögn

3. Þrjár aðalviðskiptafræðigreinar

(1) Þriggja-þreps svæðisfræði (Industrial Mainstream, Full-fallsgerð)

Uppbygging:AC/DC afriðunarstig + DC/DC há-tíðni einangrunarstig + DC/AC inverter stig

Inntaksþrep: H-brú (CHB) / MMC fjölþrepa leiðrétting aðlagar sig að 10 kV og 35 kV miðlungs- spennukerfi, innleiðir leiðréttingu á aflstuðul og bælingu á harmoniku;

Einangrunarstig: DAB (Dual Active Bridge) / CLLC ómbreytir (sem kemur smám saman í stað DAB fyrir fullt-mjúkt-rofi og lægra tap) + há-tíðni nanókristallaður segulkjarnaspennir;

Úttaksþrep: fær um AC framleiðsla eða 800 V DC rútuúttak.

Kostir: Jafnstraumar eru til bæði á há- og lágspennuhliðum, sem gera kleift tvíátta aflflæði, samtímis harmónískri bælingu, aðgang að orkugeymslu og aðlögun að AC-DC hybrid raforkunetum.

Umsóknir: 10 kV dreifingarstöðvar, aflgjafi fyrir gervigreindartölvustöðvar, samþættar-ljósgeymsla-hleðslustöðvar.

(2) Tveggja-þreps svæðisfræði (létt og lág-kostnaðaráætlun)

Tvær gerðir: DC strætó á-háspennuhlið eða DC strætó á lágspennuhlið-. Uppbygging: AC/DC leiðrétting + eins-einangruð DC/DC umbreyting.

Post-stage inverter er sleppt til að gefa út DC beint, með einfaldari uppbyggingu og minna tap.

Galli: truflun á neti tengist auðveldlega lágspennuhliðinni, léleg stjórnunargeta aflgæða.

Umsóknir: EV ofur-hraðhleðsluhrúgur, dreifð orkugeymsla í iðnaði, lágspennu-míkrónet.

(3) Eins-þreps fylki AC-AC Topology (framkvæmda-tækni á rannsóknarstofu, ekki markaðssett)

Engir millistigsþéttar. Matrix breytir breytir afl-tíðni AC beint í hátíðni AC, endurheimtir síðan afl-tíðni AC eftir að hafa farið framhjá hátíðnispennunni.
Lágmarkshlutir og fræðilega mestur aflþéttleiki. Hins vegar, án DC biðminnistengla, hafa sveiflur í neti tilhneigingu til að brjóta niður raforkutæki og stjórnalgrím eru afar flókin. Aðeins staðfest í geimrannsóknum.

4. Samsetning kjarna vélbúnaðar

Power hálfleiðarar: Almenn tæki eru 1200 V / 1700 V SiC MOSFETs; 3,3 kV SiC flís þjóna 35 kV háspennusviðsmyndum. Kísil-undirstaða IGBT eru hætt úr miðlungs-spennu SST vegna mikils rofataps.

Há-segulmagnaðir íhlutir: Nanókristallað, myndlaust málmblöndur, Mn-Zn ferrítkjarna (sem kemur í stað kísilstálplötur) með ofur-lágt há-tíðnistap.

Stjórnkerfi: Tvískiptur-kjarna DSP+FPGA arkitektúr fyrir spennu-/straumdeilingu, millisekúndna-spennustjórnun og bilanalokun.

Kælikerfi: Vökvakæling í dýfingu / vatnskæling á plötum fyrir-módel með miklum krafti; loftkæling fyrir litlar og meðalstórar einingar.

Modular eining: Iðnaðar-staðlaður ISOP (Input Series Output Parallel) einingaarkitektúr. Lágspennu SiC einingar eru tengdar í röð til að standast 10 kV háspennu; Hægt er að komast framhjá gölluðum einingum án þess að loka kerfinu.

5. Samanburður: Solid State Transformer vs Traditional Power-tíðnispennir

6. Í-dýpt umsóknarsvið

(1) Nýtt raforkukerfi og rafkerfishlið

Sveigjanleg fast-aðveitustöð

Kemur í stað gamaldags-kassaspenna í borgum. Einn SST samþættir spennustjórnun, þriggja-fasa ójafnvægismeðferð, harmóníska síun og bilunareinangrun, leysir vandamál eins og tíð lágspennu og óhóflegan hlutlausan straum í gömlum íbúðahverfum. Hann einangrar bilanir innan 0,8 sekúndna en hefðbundnir spennir taka meira en 12 sekúndur.

Úthafs hvatningarpallar fyrir vindorku

Úthafspallar eru með takmarkað pláss og háan byggingarkostnað. SST dregur úr rúmmáli um 70% og útilokar stóra afl-tíðnispennuklefa til að draga úr framkvæmdum og lyftikostnaði á hafi úti. Jafnstraumsúttak frá vindmyllum á hafinu er hægt að tengja beint við SST til að auka-flutning.

Slökkt-míkrónet

Fyrir afskekktar eyjar, landamærastöðvar og ljósavirkjastöðvar á vettvangi myndar PV + orkugeymsla + SST gámaskipt utan-rafkerfis til að koma sjálfkrafa á stöðugum sveiflum í framleiðsla ljósvakans.

(2) Tölvumiðstöðvar og gagnaver (Hraðasta markaðssett lag)

SST verður staðlað 800 V há- DC aflgjafalausn fyrir NVIDIA og Huawei AIDC klasa. 10 kV bæjarafl tengist SST beint og breytist í 800 V DC fyrir GPU skápa.

Fjarlægir 5-þrepa umbreytingatengla (10 kV kassaspennir → 400 V AC UPS → fjölþrepa leiðrétting), sem hækkar heildarnýtni aflgjafa úr 91% í 97,5%.

Kapalstraumur lækkar verulega, koparnotkun minnkar um 55%, sem gerir 30% fleiri tölvuskápum kleift að koma fyrir í gagnasölum.

Innbyggð-orkugeymsluviðmót tengja rafhlöður við DC strætisvagna fyrir óaðfinnanlega aflrofa og enga stöðvunartíma í tölvum við rafmagnsleysi.

Tilraunaverkefni eru í gangi í Guian East-data West-tölvuklasanum, Tencent Qingyuan Computing Base og Alibaba Zhangbei Computing Park.

(3) Flutningaiðnaður

Innbyggðir-dráttarspennar fyrir há-hraðalestir og EMU

Með því að skipta út-afl-tíðnispennum fyrir há-SST dregur það úr þyngd ökutækis um 40%, dregur úr sliti á hjólum- og orkunotkun lestar. Raforku sem endurnýjast við hemlun er hægt að koma aftur á netið eða koma til aðliggjandi lesta, sem dregur úr heildarorkunotkun um 10% ~ 15%.

Sveigjanlegur aflgjafi fyrir neðanjarðarlestarkerfi

Neðanjarðarlínur í Guangzhou og Shenzhen framkvæma SST gripaflgjafaflugmenn til að útrýma harmónískri mengun af völdum neðanjarðarlestar og endurvinna bremsuorku, sem minnkar gólfflöt neðanjarðartengivirkja um helming.

Hafnarlandstraumur fyrir skip

Skip um allan heim samþykkja mismunandi spennu- og tíðnistaðla (6 kV/10 kV, 50 Hz/60 Hz). SST lagar sig að handahófskenndri spennu og tíðni til að gera óaðfinnanlega nettengingu fyrir skip ýmissa landa og forðast nettengdar bylgjur sem skemma raforkukerfi skipa.

(4) Industrial Precision Power Supply

Verkstæði fyrir flísugerð og steinþrykk fyrir hálfleiðaraiðnað

Steinþrykk og ætingarbúnaður er afar viðkvæmur fyrir spennutruflunum; 0,5% spennusveifla mun valda því að oblátur skrópar. SST einangrar á virkan hátt eldingar og bogatruflanir frá netinu og gefur hreint afl með heildar harmonic röskun (THD) < 2%.

Málmbogaofnar og stór-orkugeymsla í iðnaði

Stálverksmiðjur geyma rafmagn á annatíma-og losa á álagstímum. Ásamt SST tvíátta umbreytingu fyrir há-orkugeymslu, minnkar raforkuútgjöld iðnaðarins.

7. Iðnvæðing flöskuhálsar

Kostnaðarhindrun
Háspennu SiC-afleiningar eru enn dýrar. Heildarkostnaður við 10 kV SST er 3~6 sinnum hærri en jafngildur-afl-tíðnispennir, sem skortir efnahagslegan ávinning fyrir venjulegt dreifikerfi fyrir heimili.

Há-einangrunaráskorun
Há-rafsvið kalla auðveldlega af stað hlutahleðslu, flýta fyrir öldrun einangrunarefna undir háspennu og takmarka heildarlíftíma, stærsti tæknilegi erfiðleikinn fyrir háspennu SST.

Veik skammhlaup-þolir getu tækja
Afl-tíðnispennar halda uppi nokkurra sekúndna skammhlaupsáhrifum- á meðan SiC-hálfleiðarar brenna út innan míkrósekúndna við skammhlaupsaðstæður.- Setja þarf upp fjöl-óþarfa vörn og framhjáeiningar í stjórnkerfi, sem eykur flókið kerfi.

Léleg ljós-hleðsluskilvirkni
Þegar hleðsla er lægri en 30% af nafnafli, ræður skiptitapi SST aflmissi og skilvirkni fer niður fyrir 93%. Aftur á móti halda afl-tíðnispennar skilvirkni yfir 98% við lítið álag, sem gerir SST óhentugt fyrir dreifingarstöðvar í dreifbýli með viðvarandi lágt álag.

Óþroskað rekstrar- og viðhaldskerfi
Hefðbundnir spennar búa yfir þroskuðu og útbreiddu viðhaldskerfi. SST samþættir rafeindatækni, innbyggða stýringu og hátíðni segultækni, sem setur hærri tæknilegar kröfur til viðhaldsstarfsfólks.

8. Framtíðarþróunarþróun

Uppfærsla tækis: Smám saman upptaka 3,3 kV & 6,5 kV háspennu SiC tækja dregur úr fjölda raðtengdra-eininga og einfaldar uppbyggingu 10 kV/35 kV SST; GaN tæki komast í gegnum há-afl meðalspennuforrit-.

Topology Iteration: CLLC resonant topology kemur í stað DAB alhliða til að leysa vandamálið með miklu DAB tapi við létt álag. Þegar stjórnunarerfiðleikar hafa verið leystir, verður eins-þreps AC-AC staðfræði beitt í léttum geimsviðum.

Mikil samþætting: Afl-, drif- og skynjarahlutum er pakkað inn í samþættar SiC IPEM einingar til að draga enn frekar úr rúmmáli tækisins.

Aðgreining forrita

Venjuleg dreifikerfi í þéttbýli og dreifbýli munu halda hefðbundnum afl-tíðnispennum;

Tölvumiðstöðvar, ofur-hraðhleðslustöðvar, vindorka á hafi úti og flutningur með járnbrautum munu verða vitni að stórum-fjölda SST frá 2028 til 2032.

Netforrit: Margir SST mynda orkunetþyrping til að samræma ljósa-, orkugeymslu- og hleðsluálag innan svæðisbundinna raforkuneta.