मध्यम-उच्च वोल्टेज पावर इलेक्ट्रॉनिक ट्रांसफार्मर की टोपोलॉजी और नियंत्रण अनुप्रयोगों पर समीक्षा II

2 पीईटी समग्र संरचना चयन

पीईटी टोपोलॉजी व्यापक रूप से भिन्न होती हैं। ऊर्जा रूपांतरण चरणों की संख्या के आधार पर, उन्हें एकल-चरण, दो-चरण और तीन-चरण प्रकारों में वर्गीकृत किया जा सकता है [7]। दो-चरण संरचनाओं में उच्च-वोल्टेज और निम्न-वोल्टेज डीसी बसें शामिल हैं, जैसा कि चित्र 1 में दिखाया गया है।

सिंगल-स्टेज पीईटी (चित्र 1(ए)) में, एक मध्यम/उच्च आवृत्ति अलग ट्रांसफॉर्मर यह दोनों तरफ AC/AC कन्वर्टर्स को जोड़ता है। प्राइमरी साइड का AC/AC कन्वर्टर इनपुट लाइन-फ्रीक्वेंसी AC वोल्टेज को हाई-फ्रीक्वेंसी AC वोल्टेज में मॉड्यूलेट करता है, जिसे ट्रांसफॉर्मर के माध्यम से युग्मित किया जाता है और फिर सेकेंडरी साइड के AC/AC कन्वर्टर द्वारा वापस लाइन-फ्रीक्वेंसी AC वोल्टेज में परिवर्तित किया जाता है। सिंगल-स्टेज PET में कम रूपांतरण चरण और कम घटक होते हैं, उच्च दक्षता और उच्च शक्ति घनत्व होता है। हालांकि, DC बस की कमी के कारण ये हाइब्रिड AC/DC ग्रिड के लिए अनुपयुक्त होते हैं, और पावर डीकपलिंग नियंत्रण जटिल होता है।

दो-चरणीय पीईटी में उच्च या निम्न-वोल्टेज पक्ष पर डीसी बस होती है। आइसोलेशन ट्रांसफार्मर के एक तरफ की संरचना एकल-चरणीय पीईटी के समान होती है, जबकि दूसरी तरफ एसी/डीसी या डीसी/एसी परिपथों के माध्यम से डीसी बस से जुड़ती है (चित्र 1(सी) और चित्र 1(डी))। उच्च या निम्न-वोल्टेज डीसी लिंक के साथ, दो-चरणीय पीईटी उच्च-वोल्टेज पक्ष पर मध्यम/उच्च-वोल्टेज डीसी ग्रिड से या निम्न-वोल्टेज पक्ष पर पीवी/स्टोरेज सिस्टम से जुड़ सकते हैं। हालांकि, आइसोलेशन ट्रांसफार्मर के दोनों तरफ कन्वर्टर्स द्वारा स्थानांतरित सक्रिय शक्ति ट्रांसफार्मर लीकेज इंडक्टेंस मापदंडों के प्रति अत्यधिक संवेदनशील होती है। इसके अतिरिक्त, डीसी बस कैपेसिटर में महत्वपूर्ण डबल-लाइन-फ्रीक्वेंसी वोल्टेज उतार-चढ़ाव होते हैं, और कनवर्टर करंट में भी काफी उतार-चढ़ाव होते हैं [7], जिससे नियंत्रण चुनौतीपूर्ण हो जाता है।

तीन-चरणीय पीईटी (चित्र 1(b)) में उच्च और निम्न-वोल्टेज दोनों तरफ डीसी बसें होती हैं। इनपुट लाइन-फ़्रीक्वेंसी एसी करंट को एसी/डीसी रूपांतरण के माध्यम से उच्च-वोल्टेज डीसी बस में परिवर्तित किया जाता है, उच्च-फ़्रीक्वेंसी वर्ग तरंगों में मॉड्यूलेट किया जाता है, मध्यम/उच्च-फ़्रीक्वेंसी ट्रांसफ़ॉर्मर के माध्यम से निम्न-वोल्टेज पक्ष से जोड़ा जाता है, निम्न-वोल्टेज डीसी बस में परिवर्तित किया जाता है, और अंत में डीसी/एसी रूपांतरण के माध्यम से लाइन-फ़्रीक्वेंसी एसी वोल्टेज में परिवर्तित किया जाता है। तीन-चरणीय पीईटी उच्च और निम्न-वोल्टेज डीसी प्रणालियों दोनों से जुड़ सकते हैं। प्रत्येक रूपांतरण चरण का नियंत्रण अपेक्षाकृत स्वतंत्र होता है, जिससे वियोजन और क्षतिपूर्ति नियंत्रण में आसानी होती है। हालांकि, कई रूपांतरण चरणों के परिणामस्वरूप सबसे जटिल संरचना बनती है। बहु-चरणीय डिज़ाइन के कारण, तीन-चरणीय पीईटी संरचनाएं उच्च-वोल्टेज पक्ष पर कैस्केडिंग और निम्न-वोल्टेज पक्ष पर समानांतरण को अधिक आसानी से प्राप्त कर सकती हैं, जिससे मध्यम/उच्च वोल्टेज अनुप्रयोगों की आवश्यकताओं को पूरा किया जा सकता है। इस प्रकार, तीन-चरणीय संरचनाएं मध्यम/उच्च वोल्टेज पीईटी अनुसंधान और अनुप्रयोगों में सबसे व्यापक रूप से उपयोग की जाती हैं।

मध्यम/उच्च वोल्टेज अनुप्रयोगों में पीईटी के लिए, निम्न-वोल्टेज पक्ष में न्यूनतम उपकरण वोल्टेज बाधाओं के साथ निम्न वोल्टेज स्तर होते हैं। इसके विपरीत, उच्च-वोल्टेज रेक्टिफिकेशन चरण और मध्यवर्ती पृथक्करण चरण उच्च वोल्टेज स्तरों का सामना करते हैं, जिससे सर्किट टोपोलॉजी और उपकरणों पर सख्त आवश्यकताएं लागू होती हैं। वर्तमान शोध दो दिशाओं पर केंद्रित है: ① मौजूदा उपकरण वोल्टेज रेटिंग के आधार पर मध्यम/उच्च वोल्टेज पीईटी के लिए नई टोपोलॉजी और नियंत्रण विधियां; ② 10kV SiC उपकरणों जैसे नए उच्च-वोल्टेज उपकरणों का उपयोग करके पीईटी टोपोलॉजी और नियंत्रण [8, 9]। हालांकि, उच्च-वोल्टेज SiC उपकरण अभी भी प्रयोगशाला अनुसंधान एवं विकास चरण में हैं, और वाणिज्यिक उपकरण अभी तक वोल्टेज आवश्यकताओं को पूरा नहीं कर सकते हैं। इसलिए, उच्च इनपुट वोल्टेज आवश्यकताओं को पूरा करने के लिए मल्टी-मॉड्यूल कैस्केडेड या सिंगल-मॉड्यूल मल्टीलेवल टोपोलॉजी का उपयोग किया जाता है। विशिष्ट टोपोलॉजी चित्र 2 में दिखाई गई हैं, जिनका विश्लेषण अनुभाग 3 में किया गया है।