Эта статья является частью нашего эксклюзивного Серия просмотра журнала IEEE Journal в партнерстве с IEEE Xplore.
Быстрое строительство станции быстрой зарядки для электромобилей проверяет пределы сегодняшних возможностей электросеть. С индивидуальными зарядными устройствами мощностью от 350 до 500 киловатт (или больше), что увеличивает время зарядки электромобили теперь функционально эквивалентно времени заправки бензином или дизель транспортных средств, станции полной зарядки могут достичь потребности в мегаваттном масштабе. Этого достаточно, чтобы напрячься распределительные сети среднего напряжения— сегмент сети, соединяющий высоковольтные линии электропередачи с низковольтными линиями, обслуживающими конечных пользователей в домах и на предприятиях.
Быстрая зарядка постоянного тока станции, как правило, группируются в городских центрах, вдоль автомагистралей и на автопарках. Поскольку нагрузка распределяется по сети неравномерно, отдельные подстанции перегружаются, даже если общая мощность сети рассчитана на такую нагрузку. Преодоление этой проблемы как более зарядные станциипри более высоких требованиях к мощности, для выхода в Интернет требуется силовая электроника которые не только компактны и эффективны, но также способны управлять локальными хранилищами и возобновляемыми ресурсами.
Одна из наиболее многообещающих технологий модернизации сети, чтобы она могла соответствовать требованиям транспортных средств. электрификация а возобновляемая генерация — полупроводниковый трансформатор (SST). SST выполняет ту же основную функцию, что и обычный трансформатор — повышает или понижает напряжение. Но он делает это, используя полупроводникивысокочастотное преобразование с карбид кремния или нитрид галлия переключатели и цифровое управление, а не только пассивная магнитная связь. Настройка SST позволяет ему динамически управлять потоком мощности.
На протяжении десятилетий инфраструктура зарядки опиралась на трансформаторы линейной частоты (LFT) — массивные сборки из железа и меди, которые понижают переменный ток среднего напряжения до переменного тока низкого напряжения до или после внешнего преобразования переменного тока в переменный. постоянный ток что аккумуляторы для электромобилей требовать. Типичный LFT может содержать до нескольких сотен килограммов медных обмоток и несколько тонн железа. Весь этот металл дорогостоящие и все более трудные в добыче. Эти системы надежны, но громоздки и неэффективны, особенно когда энергия течет между локальным хранилищем и транспортными средствами. SST намного меньше и легче, чем LFT, которые они призваны заменить.
«Наше решение обеспечивает такое же количество полупроводниковых устройств, как и однопортовый преобразователь, обеспечивая при этом несколько независимо управляемых выходов постоянного тока». – Шашидхар Матхапати, Delta Electronics
Но большинство разработанных до сих пор многопортовых SST были слишком сложными или дорогостоящими (в 5–10 раз превышающими первоначальную стоимость LFT). Эта разница плюс зависимость SST от вспомогательной батареи. банки которые увеличивают расходы и снижают надежность — объясняет, почему очевидные преимущества полупроводниковых транзисторов до сих пор не реализованы. стимулированный переход к технологии LFT.
Сурджаканта Мазумдер, Сайчанд Касичеянула, Харисьям П.В. и Кошик Басу держат свой первый прототип в лаборатории.Харисьям П.В., Саичанд КАСИЧЬЯНЛА, ETL.
Как сделать твердотельные трансформаторы более эффективными
В изучать опубликовано 20 августа в Транзакции IEEE по силовой электроникеисследователи из Индийский институт науки и Дельта Электроникс Индияоба из Бангалора, предложили так называемый многопортовый SST на основе каскадного H-моста (CHB), который устраняет эти компромиссы. «Наше решение обеспечивает такое же количество полупроводниковых устройств, как и однопортовый преобразователь, обеспечивая при этом несколько независимо управляемых выходов постоянного тока», — говорит Шашидхар Матхапатитехнический директор Delta Electronics. «Это означает отсутствие дополнительных аккумуляторов, дополнительных полупроводниковых устройств и дополнительной изоляции среднего напряжения».
Для проверки конструкции команда построила лабораторный прототип мощностью 1,2 киловатт, достигнув эффективности 95,3 процента при номинальной нагрузке. Они также смоделировали полномасштабную 11-киловаттную и 400-киловаттную систему, разделенную на два порта по 200 киловатт.
Сердцем системы является многообмоточный трансформатор, расположенный на низковольтной стороне преобразователя. Эта конфигурация позволяет избежать необходимости в дорогостоящей и громоздкой изоляции среднего напряжения и позволяет балансировать мощность между портами без вспомогательных устройств. батарейки. «Предыдущие многопортовые конструкции на основе CHB требовали нескольких батарейных блоков или цепей конденсаторов для выравнивания нагрузки», — пишут авторы в своей статье. «Мы показали, что можно добиться того же результата с помощью более простого, легкого и надежного трансформатора».
Новая стратегия модуляции и управления поддерживает единый коэффициент мощности на интерфейсе сети, а это означает, что ни один ток, поступающий из сети, не тратится зря из-за колебаний вперед и назад между источником и нагрузкой, не совершая при этом никакой работы. Описанный авторами SST также позволяет каждому порту постоянного тока работать независимо. На практике каждый автомобиль, подключенный к зарядному устройству, сможет получать соответствующее напряжение и ток, не затрагивая соседние порты и не нарушая подключение к сети.
Используя последовательно соединенные переключатели из карбида кремния, система может работать с входами среднего напряжения, сохраняя при этом высокую эффективность. Для подключения к сети 11 кВ потребуется всего 12 каскадных модулей на фазу, что примерно в два раза меньше, чем в некоторых модульных многоуровневых преобразователях. Меньшее количество модулей в конечном итоге означает меньшую стоимость, более простое управление и большую надежность.
Хотя эта конструкция все еще находится на лабораторной стадии, она может позволить создать новое поколение компактных и экономичных концентраторов быстрой зарядки. Устраняя необходимость в промежуточном хранении аккумуляторов, что увеличивает стоимость, сложность и затраты на обслуживание, предлагаемый топология может продлить срок службы зарядных станций для электромобилей.
По мнению исследователей, этот преобразователь предназначен не только для зарядки электромобилей. Любое приложение, требующее преобразования среднего напряжения в многопортовое низковольтное, например центры обработки данныхинтеграция возобновляемых источников энергии или промышленные сети постоянного тока — могут принести пользу.
Для коммунальных предприятий и поставщиков зарядных устройств, сталкивающихся с спросом в мегаваттном масштабе, этот оптимизированный твердотельный трансформатор может помочь сделать революцию в области электромобилей более удобной для сетей и более быстрой для водителей, ожидающих зарядки.
Статьи из вашего сайта
Статьи по теме в Интернете
2025-10-11 13:00:00
1760194700
#Твердотельные #трансформаторы #повышают #эффективность #зарядки #электромобилей
Ещё по этой теме
