كفاءة نظام المحولات المعزولة في محولات إلكترونيات القدرة

أهمية رفع كفاءة نظام المحولات المعزولة في محولات إلكترونيات القدرة

كانت “أنظمة التيار المستمر” ذات الجهد المتوسط ​​(MV) ذات اتجاهات بحثية جديدة، وفي الوقت الحاضر في أنظمة (MVDC)، يعد توزيع التيار المباشر أحد العناصر الرئيسية، كما ويتطلب تحويل “نسبة الجهد العالي” والكفاءة العالية والموثوقية العالية، بحيث قدمت محولات الكترونيات القدرة (PETs) حلاً جذاباً لتوزيع طاقة (MVDC)، كما وكانت محل اهتمام واسع في الدراسة في السنوات الأخيرة.

لذلك في تطبيقات (MVDC)، وذلك من أجل تمديد مستويات الجهد والطاقة، بحيث تم اقتراح نوعين رئيسيين من الهياكل البديلة بناءً على السابق من أجل تلبية متطلبات النظام، وكما هو موضح في الشكل التالي (1)، بحيث يتضح في الشكل (A-1) أنه يتم استبدال الجسر الكامل الموجود على جانب واحد من محول (DC / DC) المعزول بوحدات فرعية معيارية متعددة المستويات متتالية ويتم اعتماد المحولات عالية النسبة.

ومع ذلك، لا تزال هناك مشاكل في التطبيقات العملية، حيث أن المحولات عالية التردد الكهربائي ذات نسبة الدوران العالية وكذلك السعة عالية الطاقة صعبة ومكلفة للإنتاج التجاري الضخم. على الرغم من اقتراح الحلول المحسنة؛ إلا أن عيوبها المتمثلة في التعقيد في التحكم في الجهد الكهربائي والقدرة والتوازن مع الأخذ في الاعتبار مشاكل الدوران بين أذرع الجسر على جانب (MVDC) ونقص التكرار على جانب (LVDC).

وفي الشكل (B-1)؛ فإنه يتم توصيل العديد من محولات (DC / DC) المعزولة (LV) في تكوين متوازي بين سلسلة المدخلات والمخرجات (ISOP)، وفي هذا الهيكل ذو نمطية عالية ومن وجهة نظر التحكم؛ فإنه من الممكن تلاشي مشاكل التنظيم لأنه لا توجد مكثفات معلقة في الوحدات الفرعية، حيث أن جميع مكثفات حافلات التيار المستمر متصلة في سلسلة ومتصلة مباشرة بجانب (MVDC).

مزايا طوبولوجيا المحولات المعزولة على تطبيقات الجهد المتوسط

تجعل مزايا طوبولوجيا (IS)OP أكثر ملاءمة لتطبيقات MVDC العملية، وعلى هذا الأساس؛ فقد تمت دراسة (DC ISOP PETs) باستخدام أنواع مختلفة من محولات (DC / DC) المعزولة (LV)، ومن بينها ثنائي نشط تعتبر الجسور (DAB) خياراً أكثر ملاءمة.

كما أن ذلك على الرغم من وجود الكثير من الدراسات حول استراتيجيات التحكم والتعديل لـ (ISOP PET)، إلا أن التصميم العملي في تطبيقات (MVDC) من منظور على مستوى النظام، بحيث لم تتم مناقشته كثيراً في الدراسات وبعيداً من شامل.

أيضاً تركز الأعمال الحالية على تصميم (PET) في الغالب على تصميمات معلمات مستوى الوحدة الفرعية لخيارات وحدات فرعية محددة، وذلك دون مراعاة التكرار على مستوى النظام وخيارات الوحدات الفرعية الأخرى الممكنة، والتي تعتبر اعتبارات تصميم مهمة جداً في التطبيقات العملية.

وفيما يتعلق باختيار الوحدة الفرعية من منظور النظام؛ فإن التكرار والاستجابة الآمنة لفشل الوحدة الفرعية أمر لا بد منه، وبالنسبة إلى (DC ISOP PETs) المستندة إلى (DAB)، كما ستكون مكثفات ناقل التيار المستمر المتصلة على جانب (MVDC) قصيرة الدائرة مباشرة عند تجاوز وحدة فرعية، مما يتسبب في زيادة التيار الزائد على جانب (MVDC).

كما يتمثل أحد الحلول في الدوائر الالتفافية وتحسينات استراتيجية ما بعد الفشل، مما يزيد من تعقيد دارة الالتفافية والاستراتيجية، كما أن آخر هو تحسينات طوبولوجيا الوحدة الفرعية، الموضحة في الشكل التالي (2)، حيث يتم توصيل محولات التعزيز المتتالية قبل مرحلة (DAB) في الوحدة الفرعية (يشار إليها باسم BDAB في هذا الطرح).

وفي (BDAB)؛ فإنه يتم عزل قضبان الـ (DC)، كما وسيتم حظرها بواسطة مرحلة التعزيز لتجنب حدوث ماس كهربائي مباشر عند تجاوز الوحدة الفرعية، ومع ذلك؛ فإنه وبالنسبة لـ (DC PETs)، كما قد تتمتع مرحلة (DC / DC) الإضافية بفوائد محدودة، وذلك لأنه يمكن تحقيق تنظيم الجهد أو الطاقة بواسطة (DABs)، كما أن أجهزة التبديل في مرحلة التعزيز تكون صعبة التبديل، مما يؤدي إلى خسائر إضافية للنظام.

علاوة على ذلك، وفي مرحلة التعزيز، وعلى الرغم من إبقاء تردد التبديل منخفضاً لتقليل الخسائر؛ فإنه تم اقتراح تحكم إضافي في الجهد للحفاظ على كسب الجهد لمرحلة (DAB) ثابتاً، وذلك لتحسين الكفاءة وتأثيراته على تصميم العطيات على مستوى النظام وكفاءة لم يتم ذكر نظام (PET).

وأخيراً، فقد قدم هذا الطرح تقييماً للكفاءة على مستوى النظام لمحولات (DC / DC) المعزولة المناسبة في محولات إلكترونيات القدرة المتوازية (PET) المطبقة على أنظمة التيار المستمر ذات الجهد المتوسط (PET) المطبقة فعلياً، كما وفر “رؤى هندسية” لتصميم محولات (PET) من منظور النظام.