Design and realization of a solid-state transformer for smart grids
[ X ]
Tarih
2023
Yazarlar
Dergi Başlığı
Dergi ISSN
Cilt Başlığı
Yayıncı
Adana Alparslan Türkeş Bilim ve Teknoloji Üniversitesi
Erişim Hakkı
info:eu-repo/semantics/openAccess
Özet
Akıllı güç dağıtım sistemleri, gelişmiş ülkelerde artan enerji talebini karşılamak için umut verici teknolojiler olarak ortaya çıkmıştır. Akıllı şebekelerin giderek yaygın olarak benimsenmesi, akım ve gerilim harmoniklerindeki bozulmalar, ani gerilim dalgalanmaları, arızalar ve izolasyonda bozulmalar gibi çeşitli güç kalitesi sorunlarını ortaya çıkarmıştır. Yaygın olarak akıllı transformatörler olarak adlandırılan katı hal transformatörleri, bu sorunların üstesinden gelmek için akıllı şebekelerde güç kalitesini artırmaya yönelik ileriye dönük çözümler sunmaktadır. Bu transformatörler, gelişmiş enerji verimliliği, gelişmiş şebeke güvenilirliği, güç akışı kontrolü, voltaj regülasyonu, çift yönlü güç akışı, arıza akımı sınırlaması, harmonik engelleme ve galvanik izolasyon dahil olmak üzere çok sayıda avantaja sahiptir. Bu tezde, üç seviyeli (AC-DC-DC-AC) bir katı hal transformatör (KHT) modeli ve akıllı şebekelerle bağlantılı güneş fotovoltaik (PV) enerji santralleri için uyarlanmış bir güç yönetim şeması sunulmaktadır. Önerilen topoloji, doğrultucu, yalıtılmış çift yönlü dönüştürücü ve eviricideki yumuşak anahtarlama özelliklerini içerir. Bu, düşük iletim kayıpları, minimum elektromanyetik girişim (EMI), yüksek verimlilik ve dönüştürücüler için sıfır voltajlı anahtarlama ve elektrikli yardımcı sistemler için sıfır akım anahtarlaması ile verimli çalışmayı mümkün kılar. Tez ayrıca, darbe genişliği modülasyonu (PWM) kontrolü ve dönüştürücüler arasındaki voltaj ve akım kontrolü dahil olmak üzere KHT'nin operasyonel stratejilerini ana hatlarıyla belirtir. 10 kVA, gücünde bir katı hal transformatörü elde etmek için orta gerilim (OG) yüksek frekanslı bir transformatör kullanılır. Deneysel sonuçlar KHT'nin güneş enerjisi santralinin dengesiz güç üretim koşullarında bile optimize edilmiş kontrol stratejisi sayesinde %96,7'lik etkileyici bir dönüştürme verimliliği elde ettiğini göstermektedir. 344 Vac ve 10,4 A yük akımı altında elde edilen deneysel sonuçlar, transformatörün 6,8 kV/us'lik bir dv/dt oranını işleme kapasitesini doğrulamaktadır. Önerilen çift yönlü akıllı transformatörün dinamik ve deneysel sonuçları, fotovoltaik entegrasyonu içeren akıllı güç dağıtım sistemlerindeki güç kalitesi sorunlarını azaltmadaki etkinliğini göstermektedir.
Smart power distribution systems have emerged as potential solutions to fulfill the rising demand for energy in developed nations. Smart grids have become increasingly common, but this has led to a number of power quality problems, including distorted current and voltage harmonics, instantaneous voltage changes , failures, and isolation breakdowns. Solid-state transformers, commonly referred to as smart transformers, provide prospective solutions to enhance power quality in smart grids in order to deal with these issues. Numerous advantages are provided by these transformers, including increased grid dependability, greater energy economy, control over power flow, voltage management, bidirectional power flow, fault current limiting, harmonic blocking, and galvanic isolation. In this thesis, a solid-state transformer (SST) model with three level (AC-DC-DC-AC) and a power management scheme tailored for solar photovoltaic (PV) power plants connected with smart grids are presented. The isolated bidirectional converter, inverter, and rectifier in the suggested topology all have soft-switching components. This offers great efficiency, low electromagnetic interference (EMI), reduced conduction losses, zero-voltage switching for converters, and zero-current switching for electrical auxiliary systems, among other advantages. The thesis also describes the SST's operating tactics, such as voltage and current management between converters and pulse-width modulation (PWM) control. To create a solid-state transformer with a power of 10 kVA, a medium-voltage (MV) high-frequency transformer is used. The enhanced control technique enables SST to achieve an outstanding conversion efficiency of 96.7% despite the solar power plant's variable power generating conditions, according to experimental results. The transformer's ability to withstand a dv/dt ratio of 6.8 kV/us is confirmed by experimental findings at a load current of 344 Vac and 10.4 A. The suggested bidirectional smart transformer's dynamic and experimental findings show how well they work to mitigate power quality issues in photovoltaic integration-based smart power distribution systems.
Smart power distribution systems have emerged as potential solutions to fulfill the rising demand for energy in developed nations. Smart grids have become increasingly common, but this has led to a number of power quality problems, including distorted current and voltage harmonics, instantaneous voltage changes , failures, and isolation breakdowns. Solid-state transformers, commonly referred to as smart transformers, provide prospective solutions to enhance power quality in smart grids in order to deal with these issues. Numerous advantages are provided by these transformers, including increased grid dependability, greater energy economy, control over power flow, voltage management, bidirectional power flow, fault current limiting, harmonic blocking, and galvanic isolation. In this thesis, a solid-state transformer (SST) model with three level (AC-DC-DC-AC) and a power management scheme tailored for solar photovoltaic (PV) power plants connected with smart grids are presented. The isolated bidirectional converter, inverter, and rectifier in the suggested topology all have soft-switching components. This offers great efficiency, low electromagnetic interference (EMI), reduced conduction losses, zero-voltage switching for converters, and zero-current switching for electrical auxiliary systems, among other advantages. The thesis also describes the SST's operating tactics, such as voltage and current management between converters and pulse-width modulation (PWM) control. To create a solid-state transformer with a power of 10 kVA, a medium-voltage (MV) high-frequency transformer is used. The enhanced control technique enables SST to achieve an outstanding conversion efficiency of 96.7% despite the solar power plant's variable power generating conditions, according to experimental results. The transformer's ability to withstand a dv/dt ratio of 6.8 kV/us is confirmed by experimental findings at a load current of 344 Vac and 10.4 A. The suggested bidirectional smart transformer's dynamic and experimental findings show how well they work to mitigate power quality issues in photovoltaic integration-based smart power distribution systems.
Açıklama
Fen Bilimleri Enstitüsü, Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Anahtar Kelimeler
Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
