Источник: ise.fraunhofer.de
По мере развития энергетического перехода все большее значение становится расширение электросетей. Все больше и больше возобновляемых электростанций, а также электрических систем хранения в настоящее время подключены к сети. Это дает электронике решающую роль, потому что важно подключить эти системы к сети. Однако, в дополнение к простому подкорму или резервному энергопотреблению, электроника должна также выполнять другие задачи, поддерживающие энергосистему. В рамках проекта "SiC-MSBat" исследователи из Института солнечных энергетических систем Фраунгофера совместно с партнерами разработали и успешно заказали высококонтуберный инвертор для прямого питания в средневольтную сеть.
В настоящее время инверторы в основном питаются низковольтной сетью. Затем они соедут со средневольтной сеткой через большие трансформаторы 50 Гц. Использование новых типов транзисторов кремниевых карбидов (SiC) с очень высоким блокирующим напряжением теперь также позволяет подключить инверторы непосредственно к средневольтной сети. Благодаря высокой динамике управления инверторами SiC, они могут взять на себя задачи по стабилизации сетки и, например, выступать в качестве активных силовых фильтров, чтобы компенсировать гармоники в средневольтной сетке. Кроме того, инверторы SiC могут достичь гораздо более высокой плотности мощности, чем обычные инверторы. Это приводит к компактной конструкции, которая является особым преимуществом, когда растения должны быть построены в городских районах или существующих старых заводов должны быть модернизированы. Помимо простого расходов на систему, очень важную роль играют также расходы на строительство и инфраструктуру, особенно в городских районах. В рамках проекта "SiC-MSBat - средневольтные инверторы с высоковольтными силовыми модулями SiC для крупномасштабных сетей хранения и системного обслуживания", для подачи в 3-кВ ac сетей был разработан инверторный стек мощностью 250 кВт. Здесь используются новые транзисторы 3.3-kV SiC. Они имеют значительно более низкие потери энергии, чем сопоставимые кремниевые транзисторы. Это позволяет управлять стеком инвертора с частотой переключения 16 кГц. С помощью самых современного кремниевых транзисторов в этом классе возможно лишь примерно в 10 раз меньше частот переключения. Высокая частота переключения обеспечивает экономию на пассивных компонентах, так как они могут быть размерированы в меньшем формате. Еще одной особенностью инвертора является его активное жидкое охлаждение с синтетическим эстером в качестве охлаждающей среды. Эта среда прокачивается через инвертор и охлаждает как транзисторы через жидкую теплопотонку, так и фильтры, которые размещаются в закрытом резервуаре. В то же время охлаждающая среда для задыхается от фильтра служит средством электроизоляции, что позволяет сделать фильтр дроссель еще более компактным. Инвертор был построен и протестирован в лабораториях Fraunhofer ISE, достигнув очень высокой эффективности 98,4 процента при высокой мощности. Конструкция устройства позволяет модульной взаимосвязи нескольких стеков инвертора для достижения системных выходов в несколько мегаватт. С учетом дополнительного места установки для коммутатора и охлаждающего блока можно добиться экономии объема инверторной системы до 40 процентов по сравнению с коммерческими инверторными системами этого класса напряжения. Проект финансировался федеральным министерством экономики и энергетики Германии (BMWi) в рамках 6-й программы энергетических исследований в рамках подраздели «Интеграция возобновляемых источников энергии и регенеративных систем энергоснабжения». Партнерами проекта были Semikron Elektronik GmbH и STS Spezial-Transformatoren Stockach GmbH. Семикрон отвечал за разработку модулей SiC 3,3 кВ в проекте, СТС отвечала в основном за индуктивные компоненты. Fraunhofer ISE видит много потенциальных приложений для использования высоко блокируя устройств SiC в диапазоне среднего напряжения. "Особенно для крупных фотоэлектрических электростанций, тенденция к более высоким и высоким напряжением", говорит Андреас Хенсель, руководитель команды среднего напряжения электроники на Fraunhofer ISE. С 1500 V. технологии, которая была доступна в течение нескольких лет, низковольтных директивы уже в полной мере используется. Следующим шагом здесь будет переход на питание на средневольтном уровне, что принесет дополнительный потенциал для экономии и совершенствования системной концепции фотоэлектрических электростанций». В дополнение к регенеративным электростанциям и крупным системам хранения аккумуляторов, другие области применения для электроники среднего напряжения включают системы привода и железнодорожные технологии. Для тестирования таких систем у ИЭ «Фраунгофер» есть многоместупенчатая лаборатория, которая была открыта в середине 2019 года. Это позволяет работать средневольтных систем мощностью до 20 МВА.Компактный дизайн из-за высокой частоты переключения
Будущая электроника на уровне среднего напряжения
