Преглед топологије и примене управљања средњенапонских енергетских електронских трансформатора II

2 Избор укупне структуре ПЕТ-а

ПЕТ топологије се значајно разликују. На основу броја фаза конверзије енергије, могу се класификовати у једностепене, двостепене и тростепене типове [7]. Двостепене структуре укључују оне са високонапонским и нисконапонским једносмерним магистралама, као што је приказано на слици 1.

Код једностепених ПЕТ-ова (слика 1(а)), средње/високофреквентна Изолациони трансформатор повезује AC/AC конверторе са обе стране. AC/AC конвертор на примарној страни модулира улазни AC напон линијске фреквенције у AC напон високе фреквенције, који се везује кроз трансформатор, а затим се AC/AC конвертор на секундарној страни претвара назад у AC напон линијске фреквенције. Једностепени PET-ови имају мање конверзијских фаза и мање компоненти, високу ефикасност и високу густину снаге. Међутим, недостатак DC магистрале их чини непогодним за хибридне AC/DC мреже, а контрола раздвајања снаге је сложена.

Двостепени ПЕТ-ови имају једносмерну магистралу на страни високог или ниског напона. Топологија на једној страни изолационог трансформатора подсећа на топологију једностепеног ПЕТ-а, док се друга страна повезује на једносмерну магистралу преко AC/DC или DC/AC кола (слика 1(c) и слика 1(d)). Са високонапонским или нисконапонским једносмерним везама, двостепени ПЕТ-ови могу се повезати на средњонапонске/високонапонске једносмерне мреже на страни високог напона или на фотонапонске/складишне системе на страни ниског напона. Међутим, активна снага коју преносе конвертори на обе стране изолационог трансформатора је веома осетљива на параметре индуктивности цурења трансформатора. Поред тога, кондензатор једносмерне магистрале доживљава значајне флуктуације напона двоструке линијске фреквенције, а флуктуације струје конвертора су велике [7], што отежава управљање.

Тростепени ПЕТ-ови (Сл. 1(б)) имају једносмерне магистрале и на страни високог и на страни ниског напона. Улазна наизменична струја линијске фреквенције се исправља на једносмерну магистралу високог напона путем АЦ/ДЦ конверзије, модулише у правоугаоне таласе високог напона, повезује се са страном ниског напона преко трансформатора средњег/високог напона, исправља се на једносмерну магистралу ниског напона и коначно инвертује у наизменични напон линијске фреквенције путем ДЦ/АЦ конверзије. Тростепени ПЕТ-ови се могу повезати и на високонапонске и на нисконапонске једносмерне системе. Контрола сваке фазе конверзије је релативно независна, што олакшава контролу раздвајања и компензације. Међутим, вишеструке фазе конверзије резултирају најсложенијом структуром. Због вишестепеног дизајна, тростепене ПЕТ топологије лакше постижу каскадно повезивање на страни високог напона и паралелно повезивање на страни ниског напона, задовољавајући потребе примене средњег/високог напона. Стога су тростепене топологије најшире коришћене у истраживањима и применама ПЕТ-ова средњег/високог напона.

За ПЕТ-ове у средњонапонским/високонапонским применама, страна ниског напона има ниске нивое напона са минималним ограничењима напона уређаја. Насупрот томе, фаза исправљања високог напона и средња фаза изолације суочавају се са високим нивоима напона, што намеће строже захтеве на топологије кола и уређаје. Постојећа истраживања фокусирају се на два правца: ① Нове топологије и методе управљања за ПЕТ-ове средњег/високог напона засноване на постојећим напонским оценама уређаја; ② ПЕТ топологије и управљање коришћењем нових високонапонских уређаја, као што су 10kV SiC уређаји [8, 9]. Међутим, високонапонски SiC уређаји су још увек у фази истраживања и развоја у лабораторији, а комерцијални уређаји још увек не могу да задовоље напонске захтеве. Стога се користе вишемодулне каскадне или једномодулне вишенивоске топологије да би се задовољили захтеви за високим улазним напоном. Типичне топологије су приказане на слици 2, анализиране у одељку 3.