Джерело: ise.fraunhofer.de
У міру просування енергетичного переходу розширення електромереж стає все більш важливим. Все більше заводів відновлюваної генерації, а також системи електросховищ підключаються до мережі. Це дає силовій електроніці вирішальну роль, адже необхідно підключити ці системи до мережі. Однак, на додаток до простої подачі або подачі електричної енергії, силова електроніка також повинна виконувати інші завдання, що підтримують мережу. У проекті «SiC-MSBat» дослідники Інституту сонячних енергетичних систем Фраунгофера ISE спільно з партнерами розробили і успішно ввели в експлуатацію високо компакт-інвертор для прямого живлення в мережу середньої напруги.
В даний час інвертори в основному поливається в низьковольтну мережу. Потім вони з'єжовані до мережі середньої напруги через великі трансформатори 50 Гц. Використання нових видів карбіду кремнію (SiC) транзисторів з дуже високою напругою блокування тепер також дає можливість підключати інвертори безпосередньо до мережі середньої напруги. Завдяки високій динаміці управління інверторами SiC вони можуть брати на себе завдання стабілізації мережі і, наприклад, виступати в якості активних силових фільтрів для компенсації гармонік в мережі середньої напруги. Крім того, інвертори SiC можуть досягти набагато більшої щільності потужності, ніж звичайні інвертори. Це призводить до компактної конструкції, яка є особливою перевагою, коли рослини повинні бути побудовані у внутрішніх міських районах або існуючі старі рослини повинні бути модернізовані. На додаток до простих системних витрат, витрати на будівництво та інфраструктуру також відіграють дуже важливу роль, особливо в міських районах. В рамках проекту «SiC-MSBat - інвертори середньої напруги з високовольтними силовими модулями SiC для великомасштабних і системних розподільчих мереж» був розроблений інверторний стек на 250 кВт для подачі в мережі змінного струму 3-кВ. Тут використовуються нові транзистори SiC 3,3-кВ. Вони мають значно менші втрати потужності, ніж порівнянні кремнієві транзистори. Це дає можливість керувати інверторним стеком з комутаційною частотою 16 кГц. З усталими кремнієвими транзисторами в цьому класі напруги можливі лише приблизно в 10 разів нижчі комутаційні частоти. Висока частота перемикання забезпечує економію на пасивних компонентах, оскільки вони можуть бути виміряні в меншому форматі. Ще однією особливістю інвертора є його активне рідке охолодження синтетичним ефіром в якості охолоджуючого середовища. Це середовище перекачується через інвертор і охолоджує як транзистори через рідинну радіаторну раковину, так і фільтрувальні задуха, які поміщається в закритий резервуар. При цьому охолоджувальне середовище для фільтра дроселях служить електричним ізоляційним середовищем, що дозволяє зробити фільтр ще більш компактним. Інвертор був побудований і випробуваний в лабораторіях Fraunhofer ISE, досягнувши дуже високого показника ефективності в 98,4 відсотка при номінальній потужності. Конструкція пристрою дозволяє модульному взаємозв'язку декількох інверторних стеків досягти системних виходів декількох мегават. З урахуванням додаткового монтажного простору для розподільчого і охолоджувального агрегату може бути досягнута економія об'єму інверторної системи до 40 відсотків в порівнянні з комерційними інверторними системами даного класу напруги. Проект фінансується Федеральним міністерством економіки та енергетики Німеччини (BMWi) в рамках 6-ї програми енергетичних досліджень в рамках субпроекту «Інтеграція відновлюваних джерел енергії та регенеративних систем енергопостачання». Партнерами проекту були Semikron Elektronik GmbH & Co. KG і STS Spezial-Transformatoren Stockach GmbH. Семікрон відповідав за розробку модулів SiC 3,3 кВ в проекті, STS в основному відповідав за індуктивні компоненти. Фраунгофер ISE бачить багато потенційних застосувань для використання високозаблокувати siC пристроїв в діапазоні середньої напруги. «Особливо для великих фотоелектричних електростанцій, тенденція до більш високих і високих напруг, - говорить Андреас Генсел, керівник команди середньої напруги силової електроніки в Fraunhofer ISE. «Завдяки технології PV 1500 В, яка була доступна вже кілька років, низьковольтна директива вже повністю експлуатується. Наступним кроком тут стане перехід на «зелену» на середньому рівні напруги, що принесе подальший потенціал для економії та вдосконалення системної концепції PV-електростанцій». Крім регенеративних електростанцій і великих систем зберігання акумуляторів, інші області застосування для електроніки середньої напруги включають приводні системи і залізничні технології. Для тестування таких систем у Fraunhofer ISE є багато-мегаватна лабораторія, яка була відкритий в середині 2019 року. Це дозволяє працювати системам середньої напруги потужність до 20 МВА.Компактна конструкція завдяки високій частоті перемикання
Майбутня силова електроніка на середньому рівні напруги
