Gennemgang af topologi og styringsapplikationer for elektroniske mellem-højspændingstransformatorer II

2 Valg af samlet PET-struktur

PET-topologier varierer meget. Baseret på antallet af energiomdannelsestrin kan de klassificeres i en-trins, to-trins og tre-trins typer [7]. To-trins strukturer omfatter dem med højspændings- og lavspændings-DC-busser, som vist i figur 1.

I enkelttrins-PET'er (fig. 1(a)) er en mellem-/højfrekvent Isolationstransformator Forbinder AC/AC-konvertere på begge sider. Primærsidens AC/AC-konverter modulerer den indgående netfrekvens-AC-spænding til højfrekvent AC-spænding, som kobles gennem transformeren og derefter konverteres tilbage til netfrekvens-AC-spænding af sekundærsidens AC/AC-konverter. Enkelttrins PET'er har færre konverteringstrin og færre komponenter, høj effektivitet og høj effekttæthed. Manglen på en DC-bus gør dem imidlertid uegnede til hybride AC/DC-net, og styring af effektafkobling er kompleks.

To-trins PET'er har en DC-bus på enten høj- eller lavspændingssiden. Topologien på den ene side af isolationstransformeren ligner en et-trins PET, mens den anden side forbindes til DC-bussen via AC/DC- eller DC/AC-kredsløb (fig. 1(c) og fig. 1(d)). Med høj- eller lavspændings-DC-links kan to-trins PET'er forbindes til mellem-/højspændings-DC-net på højspændingssiden eller til PV-/lagringssystemer på lavspændingssiden. Den aktive effekt, der overføres af konvertere på begge sider af isolationstransformeren, er dog meget følsom over for transformerens lækageinduktansparametre. Derudover oplever DC-buskondensatoren betydelige spændingsudsving i dobbeltfrekvensen, og konverterens strømudsving er store [7], hvilket gør styring udfordrende.

Tretrins PET'er (fig. 1(b)) har DC-busser på både høj- og lavspændingssiden. Indgangsnetfrekvens-vekselstrømmen ensrettes til en højspændings-DC-bus via AC/DC-konvertering, moduleres til højfrekvente firkantbølger, kobles til lavspændingssiden via en mellem-/højfrekvenstransformer, ensrettes til en lavspændings-DC-bus og inverteres endelig til netfrekvens-vekselspænding via DC/AC-konvertering. Tretrins PET'er kan tilsluttes både høj- og lavspændings-DC-systemer. Styringen af ​​hvert konverteringstrin er relativt uafhængig, hvilket letter afkobling og kompensationsstyring. Imidlertid resulterer flere konverteringstrin i den mest komplekse struktur. På grund af flertrinsdesignet opnår tretrins PET-topologier lettere kaskadekobling på højspændingssiden og parallelkobling på lavspændingssiden, hvilket opfylder behovene for mellem-/højspændingsapplikationer. Således er tretrins-topologier de mest anvendte inden for forskning og applikationer inden for mellem-/højspændings PET.

For PET'er i mellem-/højspændingsapplikationer har lavspændingssiden lave spændingsniveauer med minimale spændingsbegrænsninger for enhedsspændingen. I modsætning hertil står højspændings-ensretningstrinnet og mellemisoleringstrinnet over for høje spændingsniveauer, hvilket stiller strengere krav til kredsløbstopologier og -enheder. Eksisterende forskning fokuserer på to retninger: ① Nye topologier og styringsmetoder til mellem-/højspændings-PET'er baseret på eksisterende enhedsspændingsklassificeringer; ② PET-topologier og -styringer ved hjælp af nye højspændingsenheder, såsom 10 kV SiC-enheder [8, 9]. Højspændings-SiC-enheder er dog stadig i laboratorie-F&U-fasen, og kommercielle enheder kan endnu ikke opfylde spændingskravene. Derfor anvendes flermodul-kaskaderede eller enkeltmodul-flerniveau-topologier til at opfylde krav til høje indgangsspændinger. Typiske topologier er vist i figur 2, analyseret i afsnit 3.