Làm thế nào tốc độ phản hồi của các thiết bị bù động có thể được tăng cường hơn nữa thông qua công nghệ bán dẫn, chẳng hạn như IGBT？

Trong các hệ thống điện hiện đại, tầm quan trọng của chất lượng điện đang ngày càng trở nên nổi bật. Là một thiết bị quan trọng để đảm bảo sự ổn định và hoạt động hiệu quả của lưới điện, các thiết bị bù năng lượng phản ứng động đóng vai trò không thể thiếu. Công ty của chúng tôi, Geyue Electric, với tư cách là nhà sản xuất chuyên nghiên cứu và phát triển thiết bị bù năng lượng phản ứng điện áp thấp, luôn cam kết cải thiện hiệu suất sản phẩm để đáp ứng các yêu cầu ngày càng nghiêm ngặt về chất lượng điện trong lĩnh vực công nghiệp. Trong số các chỉ số kỹ thuật khác nhau, tốc độ phản hồi là yếu tố cốt lõi trong việc đánh giá hiệu suất của các thiết bị bù động, vì nó trực tiếp xác định khả năng của thiết bị để triệt tiêu dao động điện áp, cải thiện hệ số công suất và đáp ứng thay đổi tải. Các phương pháp bồi thường truyền thống dựa trênTụ chuyển mạch thyristorhoặclò phản ứngđược giới hạn bởi các đặc tính vốn có của các thiết bị bán dẫn và thời gian phản hồi của chúng thường nằm trong phạm vi hàng chục mili giây, rất khó đáp ứng các tiêu chuẩn cao về chất lượng năng lượng tức thời cho tải trọng nhạy cảm như trung tâm sản xuất chính xác và dữ liệu. Do đó, khám phá và áp dụng các công nghệ bán dẫn thế hệ mới, đặc biệt là các bóng bán dẫn lưỡng cực cổng cách điện, đã trở thành con đường chính để chúng tôi vượt qua nút thắt tốc độ phản hồi và đổi mới công nghệ.

Thách thức cốt lõi của tốc độ phản hồi của các thiết bị bù động

Nhiệm vụ cốt lõi của thiết bị bù động là giám sát các thay đổi công suất phản ứng trong lưới điện trong thời gian thực và kịp thời tạo hoặc hấp thụ dòng phản ứng tương ứng để đạt được sự cân bằng công suất. Tỷ lệ tắc nghẽn tốc độ phản hồi của nó chủ yếu nằm ở hai khía cạnh: một là tốc độ phát hiện và xử lý tín hiệu nhanh chóng và chính xác của các tham số lưới điện và một là tốc độ thực hiện của đơn vị công tắc nguồn. Ở cấp độ xử lý tín hiệu, với việc áp dụng các bộ xử lý tín hiệu số tốc độ cao và các thuật toán nâng cao, độ trễ phát hiện có thể được rút ngắn thành mili giây hoặc thậm chí là milisec giây. Tuy nhiên, các thiết bị bán dẫn năng lượng truyền thống, chẳng hạn như thyristors, có một đặc tính chuyển đổi xác định chúng chỉ có thể tắt một cách tự nhiên khi dòng điện bằng 0, điều này đưa ra độ trễ vốn có và hạn chế nghiêm trọng hiệu suất phản hồi tổng thể. Sự chậm trễ này thường dẫn đến bù không đúng lúc khi đối mặt với tải trọng xung với các dao động thường xuyên và dữ dội, chẳng hạn như lò hồ quang điện và các nhà máy lăn lớn, dẫn đến các vấn đề như nhấp nháy điện áp và biến dạng dạng sóng. Do đó, việc cải thiện hiệu suất động của đơn vị chuyển đổi nguồn là bước đột phá chính để đạt được bước nhảy vọt về tốc độ phản hồi.

Cơ hội mang tính cách mạng do công nghệ IGBT mang lại để cải thiện tốc độ phản hồi

IGBT, là một thiết bị bán dẫn công suất được kiểm soát hoàn toàn, tích hợp trở kháng đầu vào cao của các bóng bán dẫn hiệu ứng trường-oxit-oxide-semiancor và điện áp dòng điện lớn của các bóng bán dẫn lưỡng cực. Nó được áp dụng trong các thiết bị bù động, và lợi thế quan trọng nhất của nó nằm ở việc phá vỡ giới hạn của thời điểm chuyển đổi của các thiết bị truyền thống. IGBT có thể được điều khiển chính xác bởi các tín hiệu ổ đĩa cổng, cho phép các hoạt động tắt tần số cao, với tần số chuyển đổi đạt đến vài kilohertz hoặc thậm chí cao hơn. Đặc điểm này mang đến một sự thay đổi mang tính cách mạng đối với công nghệ bồi thường năng động. Nó cho phép thiết bị bồi thường không còn dựa vào điểm vượt qua của chu kỳ AC và có thể điều chỉnh nhanh chóng và trơn tru dòng phản ứng bất cứ lúc nào. Cấu trúc liên kết của bộ chuyển đổi dựa trên IGBT, chẳng hạn như bộ chuyển đổi PWM loại ba pha, tạo thành nền tảng của các máy phát điện phản ứng tĩnh hiện đại.SVGcó thể liên tục và liên tục tạo ra hoặc hấp thụ công suất phản ứng, và thời gian phản hồi của nó chỉ bị giới hạn về mặt lý thuyết bởi chu kỳ hoạt động của hệ thống điều khiển và tốc độ chuyển đổi của chính thiết bị. Nó có thể dễ dàng đạt được một phản ứng đầy đủ trong vòng một phần nghìn giây, vượt xa các chương trình bồi thường truyền thống.

Tối ưu hóa thiết kế của ổ đĩa và hệ thống điều khiển

Tuy nhiên, chỉ chọn các thành phần IGBT hiệu suất cao là không đủ để đảm bảo rằng thiết bị đạt được tốc độ phản hồi tối ưu. Các đặc điểm chuyển đổi của IGBT phụ thuộc rất nhiều vào thiết kế mạch ổ đĩa cổng của chúng. Một mạch truyền động đáp ứng, mạnh mẽ và được bảo vệ tốt là nền tảng để mở khóa tiềm năng tốc độ cao của IGBTs. Geyue Electric của chúng tôi đã đầu tư các nỗ lực nghiên cứu và phát triển quan trọng vào thiết kế mạch ổ đĩa, nhằm mục đích tối ưu hóa các cạnh tăng và giảm của điện áp ổ đĩa, giảm hiệu ứng máy xay trong quá trình chuyển đổi và do đó giảm thiểu thời gian và thời gian của IGBT. Đồng thời, các cơ chế bảo vệ ngắn mạch tốc độ cao và hiệu quả và bảo vệ quá mức đảm bảo sự an toàn và độ tin cậy của IGBT trong điều kiện chuyển đổi thường xuyên và nhanh chóng. Ở cấp độ hệ thống điều khiển, chúng tôi sử dụng DSP hoặc FPGA tốc độ cao làm bộ xử lý cốt lõi để thực hiện các thuật toán nâng cao như biến đổi Fourier nhanh và lý thuyết công suất phản ứng tức thời, để đạt được phát hiện thời gian thực và tạo lệnh của các thành phần phản ứng của lưới điện. Vòng điều khiển tốc độ cao và thiết bị chuyển đổi nguồn tốc độ cao phối hợp chặt chẽ với nhau để tạo thành một liên kết tốc độ cao liền mạch từ "nhận thức" sang "thực thi", chuyển đổi các lợi thế phần cứng của IGBT thành hiệu suất phản hồi động nổi bật của toàn bộ máy.

Đảm bảo cần thiết cho hoạt động tốc độ cao được duy trì được cung cấp bởi công nghệ phân tán nhiệt và công nghệ đóng gói

Trong quá trình hoạt động chuyển đổi tần số cao, IGBT tạo ra tổn thất chuyển mạch và mất truyền đáng kể, cuối cùng bị tiêu tan dưới dạng nhiệt. Nếu nhiệt không thể được thải ra kịp thời, nó sẽ khiến nhiệt độ tiếp giáp của IGBT tăng lên, dẫn đến suy giảm hiệu suất, giảm độ tin cậy và thậm chí làm hỏng thiết bị. Do đó, quản lý nhiệt hiệu quả là điều kiện tiên quyết để đảm bảo rằng thiết bị bù động có thể hoạt động liên tục ở tốc độ phản hồi cao. Chúng tôi tiến hành thiết kế nhiệt chính xác bằng cách sử dụng động lực học chất lỏng tính toán, tối ưu hóa cấu trúc tản nhiệt, chọn vật liệu dẫn điện nhiệt hiệu suất cao và trang bị hệ thống làm mát không khí thông minh hoặc làm mát chất lỏng để đảm bảo chip IGBT hoạt động trong phạm vi nhiệt độ an toàn. Ngoài ra, công nghệ đóng gói của IGBT cũng ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng phân tán nhiệt và các thông số ký sinh bên trong. Các công nghệ đóng gói tiên tiến như công nghệ thiêu kết và bao bì mô-đun cảm ứng thấp không chỉ tăng cường mật độ năng lượng và hiệu quả tiêu tán nhiệt của mô-đun, mà còn làm giảm tác động tiêu cực của độ tự cảm ký sinh đối với tốc độ chuyển đổi, giúp có thể vận hành tần số cao hơn và chuyển đổi nhanh hơn.

Triển vọng hội tụ của các công nghệ bán dẫn bandgap rộng trong tương lai

Mặc dù công nghệ IGBT đã tăng cường đáng kể tốc độ phản hồi của các thiết bị bù động lên mức chưa từng có, tốc độ tiến bộ công nghệ không bao giờ dừng lại. Các vật liệu như silicon cacbua và gallium nitride, thuộc loại bán dẫn bandgap rộng, cho thấy hiệu suất vượt trội so với IGBT dựa trên silicon truyền thống do trường điện phân tích quan trọng cao hơn của chúng, độ dẫn nhiệt cao hơn và tốc độ trôi độ bão hòa điện tử cao hơn. Các thiết bị như SIC ​​MOSFET có tốc độ chuyển đổi nhanh hơn, mất chuyển mạch thấp hơn và nhiệt độ hoạt động cao hơn. Việc tích hợp công nghệ bán dẫn bandgap rộng vào các thiết bị bù động thế hệ tiếp theo dự kiến ​​sẽ giảm thêm thời gian phản hồi đến phạm vi nano giây và tăng cường đáng kể hiệu quả và mật độ năng lượng của các thiết bị. Geyue Electric của chúng tôi đang theo dõi chặt chẽ và tích cực lập kế hoạch cho nghiên cứu ứng dụng của công nghệ bán dẫn bandgap rộng, khám phá tiềm năng của nó trong các cấu trúc bù lai hoặc sơ đồ toàn bộ/siga, nhằm mục đích cung cấp các giải pháp chuyển tiếp cho lưới điện trong tương lai để đối phó với tỷ lệ tích hợp năng lượng tái tạo cao hơn.

Tóm lại, thông qua ứng dụng chuyên sâu và tối ưu hóa liên tục của công nghệ bán dẫn chính IGBT, tốc độ phản hồi của thiết bị bù năng lượng phản ứng động đã đạt được một bước nhảy vọt. Từ lựa chọn thành phần, thiết kế ổ đĩa, thuật toán kiểm soát đến quản lý tản nhiệt, mọi khía cạnh của cải tiến tỉ mỉ đã cùng nhau tạo ra hiệu suất động vượt trội của thiết bị. Geyue Electric của chúng tôi tin rằng sự đổi mới được thúc đẩy bởi công nghệ bán dẫn là động lực cơ bản để cải thiện hiệu suất của thiết bị điện và trao quyền cho việc xây dựng lưới điện thông minh. Chúng tôi sẽ tiếp tục tập trung vào lĩnh vực này và liên tục chuyển đổi thành tích công nghệ bán dẫn tiên tiến nhất thành thiết bị bồi thường ổn định, hiệu quả và đáng tin cậy, đóng góp sức mạnh chuyên môn của chúng tôi để cải thiện chất lượng năng lượng của toàn bộ xã hội và đảm bảo việc sử dụng năng lượng năng lượng sạch và hiệu quả. Nếu hệ thống điện của bạn cần hỗ trợ chuyên nghiệp để sửa chữa yếu tố năng lượng, vui lòng viết thư choinfo@gyele.com.cnBất cứ lúc nào, Geyue Electric luôn sẵn sàng hỗ trợ người sử dụng điện trong mọi khía cạnh của tối ưu hóa chất lượng năng lượng.