મધ્યમ-ઉચ્ચ વોલ્ટેજ પાવર ઇલેક્ટ્રોનિક ટ્રાન્સફોર્મર્સ II ના ટોપોલોજી અને નિયંત્રણ એપ્લિકેશનોની સમીક્ષા

2 PET એકંદર માળખાની પસંદગી

PET ટોપોલોજીઓ વ્યાપકપણે બદલાય છે. ઉર્જા રૂપાંતર તબક્કાઓની સંખ્યાના આધારે, તેમને સિંગલ-સ્ટેજ, બે-સ્ટેજ અને ત્રણ-સ્ટેજ પ્રકારોમાં વર્ગીકૃત કરી શકાય છે [7]. બે-સ્ટેજ માળખામાં ઉચ્ચ-વોલ્ટેજ અને ઓછી-વોલ્ટેજ DC બસો શામેલ છે, જેમ કે આકૃતિ 1 માં બતાવ્યા પ્રમાણે.

સિંગલ-સ્ટેજ PETs (આકૃતિ 1(a)) માં, મધ્યમ/ઉચ્ચ-આવર્તન આઇસોલેશન ટ્રાન્સફોર્મર બંને બાજુએ AC/AC કન્વર્ટરને જોડે છે. પ્રાથમિક-બાજુ AC/AC કન્વર્ટર ઇનપુટ લાઇન-ફ્રિકવન્સી AC વોલ્ટેજને ઉચ્ચ-આવર્તન AC વોલ્ટેજમાં મોડ્યુલેટ કરે છે, જે ટ્રાન્સફોર્મર દ્વારા જોડાયેલું છે અને પછી ગૌણ-બાજુ AC/AC કન્વર્ટર દ્વારા લાઇન-ફ્રિકવન્સી AC વોલ્ટેજમાં પાછું રૂપાંતરિત થાય છે. સિંગલ-સ્ટેજ PET માં રૂપાંતર તબક્કા ઓછા અને ઘટકો ઓછા હોય છે, ઉચ્ચ કાર્યક્ષમતા અને ઉચ્ચ પાવર ઘનતા હોય છે. જો કે, DC બસનો અભાવ તેમને હાઇબ્રિડ AC/DC ગ્રીડ માટે અયોગ્ય બનાવે છે, અને પાવર ડીકપ્લિંગ નિયંત્રણ જટિલ છે.

બે-તબક્કાના PETsમાં ઉચ્ચ અથવા ઓછા વોલ્ટેજ બાજુ પર DC બસ હોય છે. આઇસોલેશન ટ્રાન્સફોર્મરની એક બાજુની ટોપોલોજી સિંગલ-તબક્કાના PET જેવી હોય છે, જ્યારે બીજી બાજુ AC/DC અથવા DC/AC સર્કિટ દ્વારા DC બસ સાથે જોડાય છે (આકૃતિ 1(c) અને આકૃતિ 1(d)). ઉચ્ચ અથવા ઓછા વોલ્ટેજ DC લિંક્સ સાથે, બે-તબક્કાના PETs ઉચ્ચ-તબક્કાના બાજુ પર મધ્યમ/ઉચ્ચ-વોલ્ટેજ DC ગ્રીડ અથવા ઓછી-વોલ્ટેજ બાજુ પર PV/સ્ટોરેજ સિસ્ટમ્સ સાથે જોડાઈ શકે છે. જો કે, આઇસોલેશન ટ્રાન્સફોર્મરની બંને બાજુએ કન્વર્ટર દ્વારા ટ્રાન્સફર થતી સક્રિય શક્તિ ટ્રાન્સફોર્મર લિકેજ ઇન્ડક્ટન્સ પરિમાણો પ્રત્યે અત્યંત સંવેદનશીલ હોય છે. વધુમાં, DC બસ કેપેસિટર નોંધપાત્ર ડબલ-લાઇન-ફ્રિકવન્સી વોલ્ટેજ વધઘટનો અનુભવ કરે છે, અને કન્વર્ટર કરંટ વધઘટ મોટા હોય છે [7], જે નિયંત્રણને પડકારજનક બનાવે છે.

થ્રી-સ્ટેજ પીઈટી (આકૃતિ 1(b)) માં ઉચ્ચ અને નીચા વોલ્ટેજ બંને બાજુઓ પર ડીસી બસો હોય છે. ઇનપુટ લાઇન-ફ્રિકવન્સી એસી કરંટને એસી/ડીસી રૂપાંતર દ્વારા ઉચ્ચ-વોલ્ટેજ ડીસી બસમાં સુધારવામાં આવે છે, ઉચ્ચ-આવર્તન ચોરસ તરંગોમાં મોડ્યુલેટ કરવામાં આવે છે, મધ્યમ/ઉચ્ચ-આવર્તન ટ્રાન્સફોર્મર દ્વારા ઓછી-વોલ્ટેજ બાજુ સાથે જોડવામાં આવે છે, ઓછી-વોલ્ટેજ ડીસી બસમાં સુધારવામાં આવે છે, અને અંતે ડીસી/એસી રૂપાંતર દ્વારા લાઇન-ફ્રિકવન્સી એસી વોલ્ટેજમાં ઉલટાવી દેવામાં આવે છે. થ્રી-સ્ટેજ પીઈટી ઉચ્ચ અને નીચા-વોલ્ટેજ ડીસી સિસ્ટમ બંને સાથે કનેક્ટ થઈ શકે છે. દરેક રૂપાંતર તબક્કાનું નિયંત્રણ પ્રમાણમાં સ્વતંત્ર છે, જે ડીકપલિંગ અને વળતર નિયંત્રણને સરળ બનાવે છે. જો કે, બહુવિધ રૂપાંતર તબક્કાઓ સૌથી જટિલ માળખામાં પરિણમે છે. મલ્ટી-સ્ટેજ ડિઝાઇનને કારણે, થ્રી-સ્ટેજ પીઈટી ટોપોલોજીઓ ઉચ્ચ-વોલ્ટેજ બાજુ પર કેસ્કેડિંગ અને ઓછી-વોલ્ટેજ બાજુ પર સમાંતર પ્રાપ્ત કરવા માટે વધુ સરળતાથી પ્રાપ્ત થાય છે, મધ્યમ/ઉચ્ચ વોલ્ટેજ એપ્લિકેશન જરૂરિયાતોને પૂર્ણ કરે છે. આમ, મધ્યમ/ઉચ્ચ વોલ્ટેજ પીઈટી સંશોધન અને એપ્લિકેશનોમાં થ્રી-સ્ટેજ ટોપોલોજીઓ સૌથી વધુ ઉપયોગમાં લેવાય છે.

મધ્યમ/ઉચ્ચ વોલ્ટેજ એપ્લિકેશન્સમાં PET માટે, નીચા-વોલ્ટેજ બાજુમાં ન્યૂનતમ ઉપકરણ વોલ્ટેજ મર્યાદાઓ સાથે નીચા વોલ્ટેજ સ્તર હોય છે. તેનાથી વિપરીત, ઉચ્ચ-વોલ્ટેજ સુધારણા તબક્કો અને મધ્યવર્તી અલગતા તબક્કો ઉચ્ચ વોલ્ટેજ સ્તરનો સામનો કરે છે, જે સર્કિટ ટોપોલોજી અને ઉપકરણો પર કડક આવશ્યકતાઓ લાદે છે. હાલના સંશોધન બે દિશાઓ પર ધ્યાન કેન્દ્રિત કરે છે: ① હાલના ઉપકરણ વોલ્ટેજ રેટિંગ્સ પર આધારિત મધ્યમ/ઉચ્ચ વોલ્ટેજ PET માટે નવી ટોપોલોજી અને નિયંત્રણ પદ્ધતિઓ; ② 10kV SiC ઉપકરણો જેવા નવા ઉચ્ચ-વોલ્ટેજ ઉપકરણોનો ઉપયોગ કરીને PET ટોપોલોજી અને નિયંત્રણો [8, 9]. જો કે, ઉચ્ચ-વોલ્ટેજ SiC ઉપકરણો હજુ પણ પ્રયોગશાળા R&D તબક્કામાં છે, અને વ્યાપારી ઉપકરણો હજુ સુધી વોલ્ટેજ આવશ્યકતાઓને પૂર્ણ કરી શકતા નથી. તેથી, ઉચ્ચ ઇનપુટ વોલ્ટેજ આવશ્યકતાઓને પૂર્ણ કરવા માટે મલ્ટિ-મોડ્યુલ કેસ્કેડ અથવા સિંગલ-મોડ્યુલ મલ્ટિલેવલ ટોપોલોજીનો ઉપયોગ કરવામાં આવે છે. લાક્ષણિક ટોપોલોજીઓ આકૃતિ 2 માં બતાવવામાં આવી છે, જેનું વિભાગ 3 માં વિશ્લેષણ કરવામાં આવ્યું છે.