บทวิจารณ์เกี่ยวกับโทโพโลยีและการประยุกต์ใช้ควบคุมของหม้อแปลงไฟฟ้าอิเล็กทรอนิกส์กำลังแรงดันปานกลาง-สูง ตอนที่ 2

2 การเลือกโครงสร้างโดยรวมของ PET

โครงสร้าง PET มีความหลากหลายมาก โดยสามารถจำแนกตามจำนวนขั้นตอนการแปลงพลังงานได้เป็นแบบขั้นตอนเดียว สองขั้นตอน และสามขั้นตอน [7] โครงสร้างแบบสองขั้นตอนประกอบด้วยโครงสร้างที่มีบัส DC แรงดันสูงและแรงดันต่ำ ดังแสดงในรูปที่ 1

ใน PET แบบขั้นตอนเดียว (รูปที่ 1(a)) ความถี่ปานกลาง/สูง หม้อแปลงแยก อุปกรณ์นี้เชื่อมต่อตัวแปลง AC/AC ทั้งสองด้าน ตัวแปลง AC/AC ด้านปฐมภูมิจะปรับแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับความถี่สายไฟขาเข้าให้เป็นแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับความถี่สูง ซึ่งจะถูกส่งผ่านหม้อแปลงไฟฟ้า แล้วแปลงกลับเป็นแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับความถี่สายไฟอีกครั้งโดยตัวแปลง AC/AC ด้านทุติยภูมิ หม้อแปลงไฟฟ้าแบบขั้นตอนเดียวมีขั้นตอนการแปลงและส่วนประกอบน้อยกว่า มีประสิทธิภาพสูง และมีความหนาแน่นของกำลังสูง อย่างไรก็ตาม การไม่มีบัส DC ทำให้ไม่เหมาะสำหรับโครงข่ายไฟฟ้าแบบไฮบริด AC/DC และการควบคุมการแยกกำลังไฟฟ้ามีความซับซ้อน

PET แบบสองขั้นตอนมีบัส DC อยู่ด้านแรงดันสูงหรือแรงดันต่ำ โครงสร้างด้านหนึ่งของหม้อแปลงแยกจะคล้ายกับ PET แบบขั้นตอนเดียว ในขณะที่อีกด้านหนึ่งเชื่อมต่อกับบัส DC ผ่านวงจร AC/DC หรือ DC/AC (รูปที่ 1(c) และรูปที่ 1(d)) ด้วยลิงก์ DC แรงดันสูงหรือต่ำ PET แบบสองขั้นตอนสามารถเชื่อมต่อกับกริด DC แรงดันปานกลาง/สูงทางด้านแรงดันสูง หรือกับระบบ PV/ระบบจัดเก็บพลังงานทางด้านแรงดันต่ำได้ อย่างไรก็ตาม กำลังไฟฟ้าที่ถ่ายโอนโดยตัวแปลงทั้งสองด้านของหม้อแปลงแยกนั้นมีความไวต่อพารามิเตอร์ความเหนี่ยวนำรั่วไหลของหม้อแปลงสูง นอกจากนี้ ตัวเก็บประจุบัส DC ยังประสบกับความผันผวนของแรงดันที่มีความถี่สองเท่าของสาย และความผันผวนของกระแสตัวแปลงก็มีมาก [7] ทำให้การควบคุมทำได้ยาก

PET แบบสามขั้นตอน (รูปที่ 1(b)) มีบัส DC ทั้งด้านแรงดันสูงและแรงดันต่ำ กระแสสลับความถี่สายขาเข้าจะถูกแปลงเป็นบัส DC แรงดันสูงผ่านการแปลง AC/DC จากนั้นปรับให้เป็นคลื่นสี่เหลี่ยมความถี่สูง ต่อเข้ากับด้านแรงดันต่ำผ่านหม้อแปลงความถี่ปานกลาง/สูง แปลงเป็นบัส DC แรงดันต่ำ และสุดท้ายแปลงกลับเป็นแรงดันสลับความถี่สายผ่านการแปลง DC/AC PET แบบสามขั้นตอนสามารถเชื่อมต่อกับระบบ DC ทั้งแรงดันสูงและแรงดันต่ำได้ การควบคุมแต่ละขั้นตอนการแปลงค่อนข้างเป็นอิสระ ทำให้การแยกส่วนและการควบคุมชดเชยทำได้ง่าย อย่างไรก็ตาม ขั้นตอนการแปลงหลายขั้นตอนส่งผลให้โครงสร้างซับซ้อนที่สุด เนื่องจากการออกแบบหลายขั้นตอน โครงสร้าง PET แบบสามขั้นตอนจึงสามารถต่อแบบอนุกรมที่ด้านแรงดันสูงและต่อแบบขนานที่ด้านแรงดันต่ำได้ง่ายกว่า ตอบสนองความต้องการใช้งานแรงดันปานกลาง/สูง ดังนั้น โครงสร้างแบบสามขั้นตอนจึงเป็นที่นิยมใช้มากที่สุดในการวิจัยและการใช้งาน PET แรงดันปานกลาง/สูง

สำหรับ PET ในการใช้งานแรงดันปานกลาง/สูง ด้านแรงดันต่ำจะมีระดับแรงดันต่ำโดยมีข้อจำกัดด้านแรงดันของอุปกรณ์น้อยที่สุด ในทางตรงกันข้าม ขั้นตอนการแก้ไขแรงดันสูงและขั้นตอนการแยกกลางจะเผชิญกับระดับแรงดันสูง ทำให้มีข้อกำหนดที่เข้มงวดมากขึ้นสำหรับโครงสร้างวงจรและอุปกรณ์ งานวิจัยที่มีอยู่มุ่งเน้นไปที่สองทิศทาง: ① โครงสร้างและวิธีการควบคุมใหม่สำหรับ PET แรงดันปานกลาง/สูงโดยอิงจากพิกัดแรงดันของอุปกรณ์ที่มีอยู่ ② โครงสร้างและการควบคุม PET โดยใช้อุปกรณ์แรงดันสูงแบบใหม่ เช่น อุปกรณ์ SiC 10kV [8, 9] อย่างไรก็ตาม อุปกรณ์ SiC แรงดันสูงยังอยู่ในขั้นตอนการวิจัยและพัฒนาในห้องปฏิบัติการ และอุปกรณ์เชิงพาณิชย์ยังไม่สามารถตอบสนองความต้องการด้านแรงดันได้ ดังนั้นจึงใช้โครงสร้างแบบเรียงซ้อนหลายโมดูลหรือแบบหลายระดับโมดูลเดียวเพื่อให้ตรงตามข้อกำหนดแรงดันอินพุตสูง โครงสร้างทั่วไปแสดงในรูปที่ 2 และวิเคราะห์ในส่วนที่ 3