מבוא

מערכות חשמל מתפתחות במהירות, מונעות על ידי שילוב של מקורות אנרגיה מתחדשת, את החשמל של תחבורה, ואת הרחבת פתרונות אוטומציה תעשייתית.מגמות אלה דורשים פתרונות בקרת כוח כי הם לא רק יעילים ואמינה, אבל גם בקנה מידה עצום כדי להתאים פרופילים שונים עומסים וצמיחה מערכתית. בין אבני ההחלפה החזקות ביותר זמין, Thyristor שמר על הרלוונטיות שלו במשך עשרות שנים ביישומים בעלי עוצמה גבוהה.

הבנת מטרותיך

לפני בחינה של מערך מודולרי, חיוני לבחון את עקרונות התפעול הבסיסיים של Thyristor, הידוע גם כמתאמת נשלטת סיליקון (SCR) a Thyrismutor הוא מכשיר חצי-שכבה ארבעה (PNPN) שפועל כמו מתג שלב דו-פעף.זה יכול לחסום מתח בשני הכיוונים עד דופק אנרגיה נמוכה גורם אותו להתנהלות, לאחר הפעלת המכשיר, הנגב בדרך כלל על גבי שער האפס-ה הנוכחי, הוא ממשיך להיות מחלף רק לאחר שהסתם של ה-ה של ה-ה של ה-ה של ה-ההההההתחוללונן-ההה, רק לאחר שהשער הנוכחי, רק לאחר שהשער האפס-הת ה-החלץ'רטרם של ה-התחולל-הת ה-41-החליקפן-החלל-החללתקן הנוכחי, הוא ממשיך באופן טבעי, לאחר שהשער ה-החלץ'רשמיץ', רק לאחר שהשער ה-הת ה-הת ה-החליקפוחיותך, רק לאחר שהשער ה-הת ה-החליפה-הת של ה-41-החליקפוחיות-החליקפן-ה

פרמטרים מרכזיים המגדירים את המכשול כוללים את המתח הפוך של הפסגה החוזרת ונשנות (VirFLT:0RRMIRFLT:1), עלייה חוזרת של מתח המדינה (VFLT:2DRMIRFLT 3), וממוצע על מצב המדינה הנוכחי (IFLT:4TAV) , קיבולת הפעלה אחת או יותר של מכשיר רגיל עם קיבולת הפעלה אחת של CVular, עשוי להיות ללא הגבלה, למשל, עם קיבולת הפעלה אחת של 10Vular, עם קיבולת הפעלה אחת עם קיבולת של מכשיר רגיל, עם קיבולת של קיבולת של קיבולת פעולה עם קיבולת של 1Vular, עם קיבולת של 1Vular, 000.

המונחים: Modular Architecture Concept

מערך Thyristor מודולרי אינו רק אוסף אקראי של Thyristors; הוא מערכת מובנית שבה כל מודול מכיל אחד או יותר מתלמידי חג המולד, יחד עם מעגלים של הנעת שער, רשתות נוסטל, חיישנים תרמיים וממשקי תקשורת.המודול תוכנן כיחידה המכילה עצמית שניתן להכניס או להסיר מרכב אחורי או מרכב אוטובוס ללא מודולים הסמוכים.

  • (ב) ⁇ :0) , ⁇ : 1FLT:1 כל המודולים זהים, מפשטים מלאי ולוגיסטיקה.
  • (ב) ,0) Redundancy: FLT:1 המערכת יכולה להמשיך לפעול בקיבולת מופחתת כאשר מודול נכשל, כי מודולים אחרים חולקים את העומס.
  • (ב) ניתן להחליף את ה-FLT:0) יכולת ה-FLT:1, ללא מינוף של המערכת כולה.
  • (FLT:0) תצורה אופטית: מודולים 1FIRLT יכול להיות מחובר בסדרה עבור מתח גבוה יותר, במקביל לרמה גבוהה יותר, או שילוב של שניהם (מטריקס דומה).

המושג מודולרי מקבילים מאוד למגרשים מודרניים ברמה גבוהה, כגון הממיר הרב-דרגי (MMC), אבל עם Thyristors ולא IGBTs. ב MMC באמצעות transistors דו קוטביים, כל תת-מודול הוא חצי-גשר או תא מלא ב- Bridge עם capaciional שלה. במערך מודולרית המבוססת על שלך, מורכב מודול יחיד עבור זרם יחיד iC עבור יישום יחיד (OD) עם יישום יחיד-Cyor יחיד (OD) או יחיד-D יחיד-D יחיד-Cyricoricoli) עם ה-Cyrative CPTD (OD) עם ה-Cytor) עם ה-Cyrative for alius יחיד (OD) עם capacitor) עם capacitor) עם capacitor) עם capacitor) עם capacitor שלך עם capacitor יחיד, כולל ה-Cytor יחיד, כולל מודולרי (מטור יחיד, כולל ה-Cysteral יחיד, כולל התקן יחיד, כולל ה-C.

שיקולים עיצוביים

וולט ודירוגים נוכחיים

הצעד הראשון בעיצוב מערך מודולרי הוא לקבוע את המתח הכולל ואת הדרישות הנוכחיות של המערכת.עבור מודולים המחוברים לסידרה, המתח החוסם של כל מודול חייב להוסיף לפחות את המתח במערכת השיא בתוספת שולי בטיחות (בדרך כלל 10-20%) שיתוף וולטאג במהלך מעבר מודולים הוא קריטי; חלוקה מתח בלתי שווה בין מודולים יכול להוביל לכשל יתר של מכשיר חד מקבילה (Flastic) שווה את הפחתת מתח הני (Flastic) בין תאים נוכחיים).

ניהול ארס

Thyristors לייצר חום משמעותי עקב ירידה של מתח על-מדינתי (בדרך כלל 1.5–3 V למכשיר) במערך גדול, את סך הניתוק כוח יכול להיות משמעותי.כל מודול חייב לכלול נתיב תרמי יעיל: מן הצומת Thyristor למקרים, ולאחר מכן להחליף מתחמי חום, ולבסוף לאמצעי קירור מכובש מועדף, קירור (ממים או ממזג אוויר חם), כי לעתים קרובות לחץ גבוה (חום) הוא לחץ חום (מתאים) או חום).

שער כונן מעגלי וסינכרון

(הפנייה של שער המכינה חיונית לתפעול תקין של מערך ה- Thyristor. בתצורה מודולרית, כל מודול מקבל אות כונן שער משלו, אשר חייב להיות מסונכרן עם מודולים אחרים כדי להשיג את זווית הירי הרצויה.הסנכרון הזה מושג בדרך כלל באמצעות בקר מרכזי המשדר שלט ירי על אוטובוס תקשורת מבודד (fiber-אופטי או דופק).

רשתות הגנה והגנה

כל מודול חג המולד צריך להיות מצויד עם מעגל נוסטל אשר גבולות dV / dt ושיא מתח במהלך סיבוב-off. a בסיסי RC snubber מורכב של התנגדות ו capaciacitor בסדרה, המחוברת מעבר samsamsor-cathode. a Capacitor סופג את האנרגיה החסומה יותר מעגל, למנוע ספייקטים מופרזים של ה-Facterams, לעתים קרובות יותר מאשר חסימת צינורות אנרגיה מוגבלת.

סקאביה וגמישות בשליטה כוח

אחד הטיעונים החזקים ביותר עבור מערך ה-Modertary שלך הוא יכולת הגדלה הטמונית שלהם.מהנדסים יכולים לעצב מודול בסיס עם דירוג ספציפי, למשל 1.7 kV ו- 500 A, ולאחר מכן להרכיב 10 מודולים בסדרה כדי להשיג דירוג 17 kV, או 20 מודולים במקביל להגיע 10 kA. זה Plug-and-play מדרג מאפשר פלטפורמה מוצר יחיד כדי לשרת יישומים החל חום תעשייתי קטן (RVA) ל-Rand-RVRVRVRV).

ביישומים מבוקרים שלב, ניתן להגדיר את המערך כמיר רב-פולס. לדוגמה, מארגן 12-כפים של המחוקק שלך משתמש בשני גשרים 6-פולסים עם מהפך בעל שינוי מעצורים בשלב.עם מערך מודולרי, כל גשר יכול להיות בנוי ממודולים זהים, מפשט את הבנייה ולהפחית את דרישות החלק החילוף.

יישומים במערכות תעשייתיות ושירות

מנועים תעשייתיים

מנועים סינכרוניים ו אינדוקציה בכריית, מלט, ותחנות המשאבה לעתים קרובות משתמשים בדחפים משתנים מבוססי Thyristor (VFDs) Modular thyristor מקיפים את הבנייה של כונן ישיר בצמיחה גבוהה (עד 13.8 kV ו-10 MW) ללא צורך בהפיכות צעד מסיבי במסוף המנועים.

מערכות Transmission Systems

מערכות זרם ישיר (HVDC) מסתמכות רבות על שסתום ה-HVDC. תחנות המרת HVDC המודרניות משתמשות במודולים המחוברים ל-Hristor המחוברים ל-VDC כדי לחסום מתחים עד 800 kV או יותר. הגישה המודולרית מפשטת תחזוקה ומאפשרת הרחבה הדרגתית של מודולים מתקדמים.לדוגמה, קישור HVDC המקשר בין שתי רשתות ACs יכול בתחילה לבנות עם מספר מסוים של פונקציות דירוג מאוחר יותר.

חידוש אינטגרציה אנרגיה

חוות השמש והרוח לעתים קרובות מתחברות לרשת באמצעות ממירים אלקטרוניים כוח. Thyristor מבוסס סינכרוניים סטטיים (STATCOMs) או ריבוע VAR (SVCs) לספק תמיכה כוח תגובתי כדי לשמור על יציבות המתח ברשת. Modular thyristor-switched capacitors וכורים מציעים זמני תגובה מהירים ואמינות גבוהה, כמו כל מודול יכול להיות מופעל באופן עצמאי כדי לשמור על רמת פיצוי בסדר.

איכות ותקנות

השימוש בכורים הנשלטים על ידי Thyristor (TCRs) ו- Thyristor-switched capacitors (TSC) במערכות שידור AC גמישות (FAS) A טיפוסי SVC מורכב ממספר בנקים TCR ו- TSC. כאשר כל בנק בנוי ממערךי ה-Modertary Thyristor, המערכת הכוללת יכולה להיות repositions או לתקן ביעילות רבה יותר.

יתרונות על פני גישות מסורתיות

בהשוואה לערימות של Thyristor היישר עם busbars ו-Extraside Gate נהגים, מערך מודולרי מציע מספר יתרונות נפרדים:

  • (ב) ,0) ,הזמן של הרכבה: FLT:1, מודולים שנבנו מראש להפחית את הזיוט באתר ובדיקות.
  • (ב) ,0) ל-Lower פירושו זמן לתקן (MTTR): מיפוי 1: מודולים Faulty מוחלפים תוך דקות, לא שעות.
  • (ב) ,0) ביצוע תרמי: FLT:1; כל אחד מהמכסנים של מודול ומעריצים ממוטבים לרמה הספציפית שלו.
  • (FLT:0) Better Stress Sharing:FLT:1 , Snubber ורכיבים שווים בנויים לתוך המודול, ומבטיחים ביצועים עקביים על פני ייצור סדרתי.

בהשוואה לממרים מבוססי IGBT, מערך Thyristor מספק יכולת גבוהה יותר להגדלת המצב והפסדים של התנהגות המדינה נמוכה יותר ביישומים בעלי עוצמה גבוהה מאוד (מעל 1 MW) IGBTs יש מהירות יותר מעבר אבל הם רגישים יותר לתקלות לטווח קצר-הכיבוי וצריכים כוננים מורכבים עם אספקת מתח שלילי.

אתגרים ו Mitigations

אלקטרומגנטי הבין-לאומית (EMI)

DV / DV מהירה ודיג / חת במהלך Thyristor Turn-on ו-Turn-off לייצר דיסלקציה גבוהה שנערך ורדיו EMI. במערך מודולרי, את החדירה של כל מודול ואוטובוסים משולבים צריך להיות ממזער.שימוש בתקני אוטובוס מחוסנים (מוליכים מופרדים על ידי dielectric) להפחית את החדירה.

שער פירינג סינכרוניזציה

ככל שמספר המודולים המחוברים לסדרת סדרות עולה, אסטרטגיות העיכוב של ה- propagation בין נהגי שער הופכות לאתגר. תזמון קטן מתאמת (בטווח הננו השני למיקרו-שני) עלול לגרום למתח ללא איזון.

‪Balncing Over Lifecycle‬

פרמטרים של Thyristor, כגון טיפות מתח נוכחית וקדימה, סחף עם טמפרטורה והזדקנות.לאורך זמן, סחף זה יכול לפענוח מתח הנוכחי בין מודולים.כדי למנוע זאת, מערכת הבקרה יכולה לעתים קרובות לאזן מחדש את המערך על ידי התאמת זוויתי שער או על ידי שילוב של FLT:0active clamping מתח מתח מתפתל 1LT 1LT כי זרם סביב מערכת הפעלה חלקית של מערכת ניטור (R).

הגנה מפני Faults

כשל קצר-כיור של מודול thyristor יחיד יכול לעגל לתוך מודולים סמוכים אם לא מבודד במהירות.כל מודול צריך להיות מצויד עם פתיחת מהירה ו snubber שיכול לספוג את השגיאה הנוכחי עבור כמה מיקרו-שניות.מערכת הבקרה חייבת לזהות את מצב האשמה (באמצעות פיקוח על חישה ומודול) ונושא פיקוד על ההפסקה העיקרית.

כיוונים עתידיים

האבולוציה של מוליכים למחצה רחבים של להקות, כגון סיליקון carbide (SiC) ו גליום ניטריד (GaN), משפיעה על הדור הבא של מערך Thyristor. SiC Thyristors עם חסימת מתחים עד 15 kV ותדירות מעבר גבוהה יותר נמצאים תחת פיתוח, אשר יכול להפחית את מספר המודולים הדרושים עבור דירוג נתון, נוסף, טכנולוגיה דיגיטלית - יצירת מערך וירטואלי של פונקציות זמן תחזוקה, ומערכת וירטואלית של שימוש מכניקה פיזית, ואפקטים, מאפשר לוח זמנים של שימוש אמיתי, ותפקוד חשמלי אמיתי, ואפקטים.

כיוון מבטיח נוסף הוא שילוב של מערך ה-Moderular thyristor עם משאבי אנרגיה מבוזרים ומיקרו-צמחים. על ידי הטמעת פרוטוקולי תקשורת כגון IEC 61850, כל מודול יכול לפעול כצומת אינטליגנטי ברשת חכמה, להגיב לסיגות תגובה ותרומה ליציבות הרשת.שילוב של חומרה מודולרית עם בקרה דיגיטלית הוא סלילת הדרך עבור מערכות כוח גמישות, עצמית אמיתית.

מסקנה

מערך Thyristor מודולרי מייצג טכנולוגיה בוגרת אך מתפתחת לשליטה באנרגיה קלאבילית.על ידי שילוב האינטנסיביות הטבוע של האריסטוקרטים עם הגמישות של בנייה מודולרית, מהנדסים יכולים לעצב מערכות שקל יותר לשמור, לשדרג ולהתאים לדרישות משתנות מכוננים תעשייתיים להגדלת גבוהה של DC, אדריכלות זו מספקת איזון אופטימלי של ביצועים, אמינות, ועלות.