Преобразователи среднего напряжения:экономичная альтернатива сетевым трансформаторам

Инсайдер силовой электроники

Преобразователи среднего напряжения могут предложить более доступный и эффективный способ передачи электроэнергии от электростанций к домам и предприятиям. Новый испытательный стенд NREL может помочь в продвижении этих многообещающих технологий. (Изображение:Джош Бауэр, NREL).

Чтобы электрифицировать все — от транспортных средств до систем отопления и плит, сеть США должна расшириться примерно на 57% и стать более гибкой. Солнечная и ветровая энергия являются возобновляемыми источниками энергии, которые, скорее всего, будут доминировать в будущей чистой энергетической сети. Но они встречаются в основном в отдаленных районах, вдали от узлов, нуждающихся в их электроэнергии, что является бременем для системы передачи.

За последние четыре года команда NREL построила испытательный стенд для изучения последовательных преобразователей среднего напряжения (от 1 кВ до 35 кВ), которые могут заменить трансформаторы среднего напряжения при незначительном весе и стоимости.

«Это новый тип оборудования, который открывает для коммунальных предприятий совершенно новый способ управления своими распределительными системами», — сказал Барри Мэзер, исследователь из NREL. «Если бы в системе было это дополнительное устройство, в цепь можно было бы поместить гораздо более высокие уровни распределенных энергетических ресурсов».

«Энергетическая сеть США не уникальна», — сказал Мэзер. «У нас есть распределительное устройство среднего напряжения, которое оказывается довольно близко к нашим клиентам». Фидеры среднего напряжения подают электроэнергию на местный трансформатор, который снижает ее до стандартного домашнего уровня 208/120 В.

Предположим, ветка дерева упала на линию электропередачи, отключив электричество в районе. Сегодня работник коммунального предприятия может размыкать и замыкать выключатели в трансформаторе, чтобы передать электроэнергию из близлежащей линии в поврежденную и восстановить хотя бы часть электроэнергии, пока рабочие убирают дерево. Но если мы сможем заменить трансформатор встречным преобразователем, мощность можно будет перенаправлять автоматически, сокращая время простоев.

Разделение власти полезно не только в чрезвычайных ситуациях. Многие из сегодняшних солнечных панелей на крыше должны сначала преобразовывать свою энергию в низкое напряжение, а затем в среднее напряжение. Благодаря преобразователям среднего напряжения эта энергия может избежать ненужных препятствий.

«Это что-то вроде арбитража власти в распределительной системе», — сказал Мэзер. «Это позволяет смягчить многие последствия распределенных ресурсов, особенно солнечной».

Короче говоря, преобразователи среднего напряжения могут помочь коммунальным предприятиям безопасно контролировать, как и где электричество перемещается по местным сетям. И это может помочь сделать будущую экологически чистую энергетическую сеть устойчивой и надежной.

Преобразователи среднего напряжения все еще являются относительно новой технологией. Это означает, что они должны пройти тщательное тестирование, чтобы убедиться, что они эффективны, доступны по цене и достаточно безопасны для внедрения в энергосистему США.

Но построить или изучить их непросто. «Контрольный список процедур запуска, эксплуатации и остановки пришлось написать и переписать», — сказал Раманатан Тиагараджан, инженер-исследователь NREL.

Для испытательного стенда NREL команда построила точную копию энергосистемы, которая могла бы извлечь выгоду из преобразователей среднего напряжения. Безопасность — как экипажа, так и прототипа — была главным приоритетом команды. Весь испытательный стенд, занимающий площадь размером с городской автобус, огорожен черным забором.

Академические партнеры команды создали один прототип:10-киловольтный преобразователь энергии на основе карбида кремния, который предназначен для совместной работы со своим двойником. Когда исследователи были готовы подключить прототип к своей реплике сети, они постепенно повышали напряжение, пока не достигли диапазона среднего напряжения. Прототип был слишком ценным (и дорогим), чтобы рисковать повредить его из-за скачка напряжения.

«Мы достигли диапазона 5 киловольт», — сказал Мэзер. «Это не такая уж большая цифра, но это больше, чем кто-либо другой».

Затем они планируют открыть свой испытательный стенд для дальнейших исследований того, как устройства среднего напряжения могут помочь сети адаптироваться или использовать водород как еще один источник чистой энергии. Команда NREL также надеется достичь еще более высоких напряжений на совершенно новом объекте. «В целом похоже, что время преобразования энергии среднего напряжения быстро приближается», — сказал Мэзер. «Мы увидим все больше и больше приложений и все больше и больше людей, заинтересованных в этом.

Источник