驱动从交流到直流过渡的变压器

驱动从交流到直流过渡的变压器

EPFL研究人员开发了一种紧凑高效的中频变压器。他们的设备已准备好增强未来智能电网和直流配电网的灵活性和效率。一个EPFL制造的原型已经过彻底的测试,并在为来自学术界和工业界的专家设计的几个教程中展示。

100多年来,世界各地的电网一直使用交流电(AC)。然而,由于电力电子技术的进步,直流电(DC)现在又重新流行起来。

今天,我们的大多数电器,如电脑、LED和电动汽车,都使用直流电。电池和光伏板也会产生直流电。尽管高压直流电是一种高效且经验证的远距离传输电力的方法,但这种互连仍然需要传统的交流电网。如果我们要有一天实现直流电网,以促进智能电网的概念,这一领域的进一步技术进步仍然是必要的。这种转换需要灵活、高效和高性能的电力电子转换装置,通常被称为固态变压器(SST)。

SSTS可以根据应用的需要执行任何所需的电能转换(即AC-AC、AC-DC、DC-DC、DC-AC)。这样,它们就类似于一把多用途瑞士军刀。

这就是EPFL的研究人员从工程学院电力电子实验室(PEL)进来的地方。他们开发了一种优化设计和生产中频变压器(MFT)的方法,这是SST的关键技术之一。

研究人员设计、优化并制造了一个工作的MFT原型,额定功率为100kw,工作频率为10kHz。经过严格的测试,它成为了技术指导的基础,其中一些已经提供给来自学术界和工业界的各种专家。

为什么华盛顿会卷土重来?

大约150年前,美国的“海流之战”以采用交流技术作为全球电网的标准而结束。与当时的直流技术不同,交流可以在高压下长距离传输,损耗相对较低,然后很容易转换为低电压供用户使用。现在,多亏了电力电子,情况已经改变了。新的SST可以很容易地改变电压,不管电网是基于交流还是基于直流。这项技术提供了几个战略优势,包括稳定和可控的电网、较便宜的输电线路和磁性元件中更大的功率密度。

电网的可控性

完全可控。“我们可以非常灵活和快速地改变能量流,而且我们可以非常有效地做到这一点,”该设备的设计者之一MarkoMogorovic解释说。“这对于将可再生能源间歇发电整合到明天的智能电网中非常重要。”

频率越高,MFT越小

另一个优点是装置体积小:“在交流系统中,变压器的工作频率取决于周围电网的频率。在欧洲,频率固定在50赫兹,”PEL的主管德拉赞·杜吉解释说。由于频率不能改变,小型化是不可能的。

然而,在直流系统中,由于电力电子技术的存在,变压器在转换器中以高达几十千赫的频率工作。频率越高,设备就越紧凑,”Dujic说。

从效率和集成两方面来说,这些变压器的尺寸减小将在牵引系统中特别有用:“较轻的机车将消耗更少的能量,”莫戈罗维奇说。在牵引系统中,该装置将把铁路线的交流电转换成牵引/推进链的直流电。瑞士铁路网的工作频率为16.7Hz,到目前为止,它已经转化为机车内部相当庞大的变压器。

然而,同时,小型化对工程师来说是一个真正的挑战,他们必须处理许多跨学科的约束,包括热、介电和磁问题。EPFL的研究人员开发了一套复杂而快速的模型,可以快速生成数百万个设计。这使得选择最佳设计成为可能,这取决于他们想要达到的性能。

杜吉克解释说:“鉴于通常会出现的安全和功能相关问题,我们在实验室内制造这种变压器是一个重要的步骤。”“我们设法使它完美地工作。这对这个领域的专家来说很重要。”

这些专家的聚会已经安排好了。欧洲电力电子中心(ECPE)将于2019年2月14日至15日在EPFL举办名为“中频固态变压器新技术”的研讨会。研讨会将由德拉赞·杜吉(EPFL)和约翰·科拉尔(ETHZ)主持,吸引了来自工业界和学术界的创纪录数量的与会者。

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