Средне Напряженные преобразователи: экономичная альтернатива сетевым трансформаторам

Power Electronics INSIDER

Средне Напряженные преобразователи могут предложить более доступный и эффективный способ транспортировки электроэнергии от электростанций к домам и бизнесу. Новый тестовый стенд NREL может помочь продвинуть эти перспективные технологии. (Изображение: Josh Bauer, NREL).

Необходимость расширения сети

Для электрификации всего — от транспортных средств до систем отопления и плит — сеть США должна расшириться примерно на 57% и стать более гибкой. Солнечная и ветровая энергия — возобновляемые источники, наиболее вероятно доминирующие в будущей чистой энергетической сети. Но они находятся в основном в удаленных районах, далеко от хабов, которым нужна их энергия, что создает нагрузку на передаточную систему.

За последние четыре года команда NREL построила тестовый стенд для изучения обратных средне Напряженных (1 кВ – 35 кВ) преобразователей, которые могут заменить средне Напряженные трансформаторы за долю веса и стоимости.

«Это новый тип оборудования, который открывает совершенно новый способ для коммунальной службы управления своими системами распределения», — сказал Барри Матер, исследователь NREL. «Нгораздо более высокие уровни распределенных энергетических ресурсов могли бы быть подключены к цепи, если бы у вас было это дополнительное устройство в системе».

«Сеть США немного уникальна», — сказал Матер. «У нас есть средне Напряженное распределение, которое заканчивается довольно близко к нашим клиентам». Средне Напряженные фидеры привозят энергию к локальному трансформатору, который снижает ее до стандартных домашних уровней 208/120 вольт.

Допустим, ветка дерева падает на линию электропередач, отключая электричество в районе. Сегодня рабочий коммунальной службы может открывать и закрывать переключатели в трансформаторе, чтобы переместить энергию с близлежащей линии в прерванную и восстановить по крайней мере часть энергии, пока рабочие удаляют дерево. Но если мы можем заменить трансформатор обратным преобразователем, энергию можно перенаправлять автоматически, сокращая время простоя.

Разделение энергии полезно не только в экстренных случаях. Многие современные крышные солнечные панели должны сначала преобразовать свою энергию в низкое напряжение, а затем в среднее напряжение. Со средне Напряженными преобразователями эта энергия может пропустить лишний препятствие.

«Это своего рода арбитраж энергии по системе распределения», — сказал Матер. «Это позволяет смягчить многие последствия распределенных ресурсов, в частности солнечных».

Короче говоря, средне Напряженные преобразователи могут помочь коммунальным службам безопасно контролировать, как и где электроэнергия движется через локальные сети. И это может помочь сделать будущую чистую энергетическую сеть одновременно устойчивой и надежной.

Тестирование и перспективы

Средне Напряженные преобразователи — все еще относительно новая технология. Это означает, что они должны пройти обширное тестирование, чтобы убедиться, что они эффективны, доступны и достаточно безопасны для внедрения в сеть США.

Но легко их не построить или изучить. «Чек-лист для запуска, эксплуатации и процедур выключения должен был быть написан и переписан», — сказал Раманатан Тьягараджан, исследовательский инженер NREL.

Для тестового стенда NREL команда построила реплику типа системы питания, которая могла бы استفодать от их средне Напряженных преобразователей. Безопасность — для экипажа, но также и для прототипа — была главным приоритетом команды. Весь тестовый стенд, занимающий пространство размером с городской автобус, огорожен черным забором.

Академические партнеры команды построили один прототип: 10-киловольтный кремний-карбидный преобразователь мощности, спроектированный для работы в обратной конфигурации с его двойником. Когда исследователи были готовы подключить прототип к своей реплике сети, они понемногу повышали напряжение, пока не достигли средне Напряженного диапазона. Прототип был слишком ценным (и дорогим), чтобы рисковать повреждением скачком напряжения.

«Мы достигли диапазона 5 киловольт», — сказал Матер. «Это не огромное число, но это выше, чем кто-либо еще эксплуатировал».

Далее они планируют открыть свой тестовый стенд для большего количества исследований о том, как средне Напряженные устройства могут помочь сети адаптироваться или полагаться на водород как еще один источник чистой энергии. Команда NREL также надеется достичь еще более высоких напряжений в совершенно новом объекте. «Средне Напряженная конвертация мощности в целом выглядит так, будто ее день быстро приближается», — сказал Матер. «Мы будем видеть все больше приложений и все больше людей, заинтересованных в этом».

Источник