محولات العزل ثلاثية الطور ثلاثية المنافذ في مستوى الجهد المتوسط

التركيز على محولات العزل ثلاثية الطور ثلاثية المنافذ ذات الجهد المتوسط

تميل تطبيقات تحويل الطاقة الحديثة التي تربط الشبكات الكهربائية والمصادر الموزعة، مثل تطبيقات محولات الحالة الصلبة (SST)، وصولاً إلى الحصول على معدل طاقة منخفض نسبياً مقارنة بالمرافق التقليدية المتصلة بشبكة في مستوى الجهد المتوسط ​، كما أن أحد تطبيقات (SST) التي تم تطويرها لدعم وزارة الطاقة الأمريكية.

وهو تطبيق Transformerless Intelligent Power Substation” (TIPS)”، بحيث يتكون من محول (NPC) ذو ثلاث نقاط محايدة مثبت على جانب الجهد العالي (HV) بالتوازي، كما أن محولات الطور بتردد عالٍ من ست خطوات على جانب الجهد المنخفض (LV)، بحيث يتم تخفيض إشارة 11 كيلو فولت تيار مستمر من المعدل ثلاثي الطور إلى 400 فولت تيار مستمر من خلال مرحلة تحويل (DC-DC).

بحيث تتطلب حالة التشغيل المحددة أن تكون أنظمة تحويل الطاقة معزولة كهربائياً وأن تتعامل مع نسبة عالية من الجهد إلى التيار، وذلك كنموذج أولي للمختبر لمرحلة (DC-DC) من (TIPS)، كما يتم استبدال محول (NPC) ثلاثي المستويات على جانب (HV) بمحولات ثلاثية الطور على الجانب (LV) وثلاثة منافذ wye-wye-delta) (Yyd)) تم إدخال محول (DAB) (DC-DC)، وذلك كما هو موضح في الشكل التالي:

كما يتم تطبيق مفهوم المرحلة الثلاثية على محولات الجسر المزدوج النشط (DAB)، والتي تُستخدم في الغالب في تطبيقات الجهد المنخفض بناءً على اتصال (Y-y)، ومع ذلك؛ فإن معظم محولات التوزيع في نطاق الجهد المتوسط تنتمي إلى مجموعة المتجهات.

ونظراً لوجود مكونات متناسقة ثالثة دائماً، لذلك؛ فإنه يُفضل اتصال دلتا لتوفير مسار لمكونات التيار التوافقي الثالث في الأنظمة ثلاثية الطور، ومن الناحية المفاهمية، كما تنطبق نفس المبادئ على محول (DAB) المعزول ثلاثي الأطوار ثلاثي المنافذ لتطبيقات محولات الحالة الصلبة (SST) التي تحول آلاف الفولتيات إلى الفولتية الثانوية.

لذلك يجب أن يوفر محول العزل شبكة مرشح مناسبة بثلاثة منافذ لنقل الطاقة بين جانبي المحول (LV) و (HV)، حيث يكون تدفق الطاقة ثنائي الاتجاه بين أي منفذين ممكناً بشكل متساوٍ في اللفات المقترنة مغناطيسياً، ومن أجل الحصول على تدفقات الطاقة المرغوبة بين المنافذ بدون محاثات إضافية، كما يجب تصميم محاثات التسرب لتشكيل شبكة المرشح المطلوبة.

لذلك؛ فإن الميزات والمتطلبات المرغوبة لشبكة المرشح لمحول (DAB) المعزول ثلاثي الأطوار وثلاثي المنافذ هي كما يلي:

• يجب أن يحدث تدفق الطاقة ثنائي الاتجاه للشبكة ذات الثلاثة منافذ بين الجانبين (LV) و (HV) (المنفذ 1↔ المنفذ 2 والمنفذ 1↔ المنفذ 3).

• يتم تكبير مناطق (ZVS) ذات التبديل الناعم.

• يتم تقليل التيار المتداول بين المنفذ الثنائي و الثلاثي عبر رابط (DC) على الجانب (LV).

• يتم دمج محاثات المرشح بشكل كامل مع محولات العزل بحيث يتم التخلص من العدد الكبير من المحاثات الخارجية والتوصيلات والملحقات.

• يُفضل استخدام الهندسة منخفضة المستوى لجعل النظام معيارياً وللتعامل الفعال مع التبديد الحراري.

تدفق طاقة ثابت في محولات (Dab) ثلاثية المنافذ ثلاثية الطور

نماذج شبكة التصفية من نظام ثلاثي منافذ

من المفيد فهم سلوك النظام مع مكونات التردد الكهربائي الأساسية، والتي لها تأثير مهيمن على أداء النظام وتبسيط التحليل للمساعدة في تدوين المتجه، كما تُستخدم شبكة المنفذ لتحليل الدوائر ذات المحطات التي تحمل تيارات متساوية ومعاكسة، بحيث يتم تمثيل نظام 3 منافذ بنموذج مقاومة أو قبول عندما يكون النظام بلا خسارة وخطي كما هو موضح في الشكل التالي:

يمكن اعتبار محولات (DAB) ذات 3 منافذ ثلاثية الطور مع شبكة مرشح كنظام  ثلاثي منافذ بنموذج الممانعة (3 × 3)، بحيث يتم تجاهل تأثير السعات والمقاومات لنظام تحويل الطاقة كأثر طفيلي، ومن ثم يمكن اعتبار نموذج المقاومة كنموذج محاث (3 × 3) نقي في المصفوفة التالية:

تم تبسيط محول (DAB DC-DC) ثلاثي الأطوار ثلاثي المنافذ إلى مخطط أحادي الخط مع ثلاثة مصادر جهد مستقلة وثلاثة محاثات مجمعة في دائرة مكافئة من نوع (wye) أو دلتا، على التوالي كما هو موضح في الشكل التالي، كما أن نماذج “الدوائر المبسطة” ليست تمثيلات مثالية من الناحية النظرية لمصفوفة الحث (3 × 3).

ومع ذلك؛ فإن الدائرة والمشتقات المكافئة من نوع (wye) أو دلتا هي الممارسة المقبولة لتمثيل محولات ثلاثية الطور لتحليل الدوائر في الصناعة، وذلك لأن الدوائر المكافئة تمثل السلوك الكهربائي للمحولات ثلاثية اللفات مع خطأ مقبول والمعطيات تعتمد على محاثات التسرب الطرفي، والتي يمكن قياسها بسهولة.

كما يُنظر إلى مبدأين تشغيل مهمين من خلال تحليل الطور للدائرة المكافئة من نوع دلتا، بحيث يكون تدفق الطاقة ثنائي الاتجاه بين أي منفذين ممكناً بشكل متساوٍ، حيث ويتم تحديد الاتجاه من خلال إزاحة الطور في المعادلة التالية:

استراتيجية التحكم في الطاقة لمحول ثلاثي الأطوار ثلاثي الأطوار في تكوين (Yyd)

توفر نسبة دوران المحول درجة من الحرية عند اختيار كسب زيادة باك لمحول (DAB)، بحيث تعمل نسبة تحويل “باك-بوست” على تغيير منطقة التشغيل والتبديل الناعم لمحول (DAB) ومن ثم؛ فإن نسبة اللفات لمحول العزل تؤثر بشكل كبير على أداء وكفاءة النظام بشكل عام.

يجب نقل الطاقة بين الجانب (LV) والجانب (HV) للمحول، أي بين المنفذ (1 – المنفذ 2 والمنفذ 1 – المنفذ 3)، كما يُفضل أن يكون كسب دفعة باك لمحول (DAB ‘d’) وحدة من (HV) الجانب إلى الجانب (LV) بحيث يكون حجم الجهد لكل منفذ هو نفسه، مما يزيد من منطقة التبديل الناعم (ZVS)، وبمعنى آخر؛ فإنه يُفضل أن تكون نسبة المنعطفات بين الملفات الثلاثة مساوية لنسبة الجهد بين مصادر الجهد الثلاثة.

تعتبر وصلة (wye-delta) في نظام ثلاثي الطور لها تغير كبير في الحجم بمقدار 3 وإزاحة طور / 6 (30 °)، و كما هو مبين في الشكل 4 (B)، وبالتالي يجب تعويض عدم التطابق عن طريق التحكم في التبديل النشط للجسر ونسبة اللفات للملفات.

ومن أجل ضمان عدم وجود طاقة حقيقية متداولة داخل الجانب (LV) من خلال رابط (DC)، بحيث تكون زاوية إزاحة الطور بين المنفذ الأول والمنفذ الثالث دائماً أعلى بمقدار (π / 6) من متغير التحكم “ps”، ومن ثم؛ فإنه يجب أن تكون نسب المنعطفات بين المنفذ الأول والمنفذ الثاني والمنفذ الثالث في تكوين (Yyd 55: 4: 43 – √ ejπ / 6)، وللنظر في عامل (3 – ejπ / 6) في اتصال (Yd) على الجانب (LV) .

وعلاوة على ذلك؛ فإن محاثة المرشح (Ld13) تتناسب عكسياً مع حجم التيار المتداول (i23) ومن ثم، يُفضل أن تكون (Ld13) في الدائرة المكافئة من نوع دلتا كبيرة ويمكن تجاهلها بشكل مثالي في الاتصال المتوازي، وبالنظر إلى هذه النقاط، يوضح الشكل التالي أكثر التشكيلات المرغوبة في شكل مخطط من سطر واحد.

لذلك تم تصميم محول العزل (الفلتر) من نوع غلاف ثلاثي لفات لمحول (DAB) ثلاثي الأطوار في اتصال (Yyd) لتطبيقات (SST)، بحيث يعمل محول العزل الذي تم إدخاله في هذا البحث ليس فقط كمحول عزل ولكن أيضاً كمرشحات حثي لشبكة مرشح ثلاثي منافذ، كما يتم تحليل خصائص تدفق الطاقة لعملية المحول من خلال نموذج الدائرة المكافئة مع محاثات التسرب النهائية.