Fraunhofer ISE, 중전 압 그리드에 직접 연결하기위한 초소형 인버터 개발

현재 인버터는 대부분 저전압 그리드에 전력을 공급합니다. 그런 다음 대형 50Hz 변압기를 통해 중전 압 그리드에 연결됩니다. 차단 전압이 매우 높은 새로운 유형의 실리콘 카바이드 (SiC) 트랜지스터를 사용하면 인버터를 중전 압 그리드에 직접 연결할 수도 있습니다.

SiC 인버터의 높은 제어 역학 덕분에 그리드 안정화 작업을 수행 할 수 있으며, 예를 들어 중간 전압 그리드의 고조파를 보상하기위한 활성 전력 필터 역할을 할 수 있습니다.

또한 SiC 인버터는 기존 인버터보다 훨씬 높은 전력 밀도를 달성 할 수 있습니다. 이로 인해 콤팩트 한 설계가 가능하며 이는 도심 지역에 플랜트를 건설하거나 기존의 오래된 플랜트를 개조 할 때 특히 유리합니다. 단순한 시스템 비용 외에도 건설 및 인프라 비용도 특히 도시 지역에서 매우 중요한 역할을합니다.

높은 스위칭 주파수로 인한 컴팩트 한 디자인

프로젝트" SiC-MSBat-대규모 저장 및 시스템 서비스 배전 그리드 용 고전압 SiC 전력 모듈을 갖춘 중전 압 인버터" 프로젝트의 일환으로 250kW 인버터 스택이 개발되었습니다. 3kV AC 그리드에 공급합니다.

여기에는 새로운 3.3kV SiC 트랜지스터가 사용됩니다. 이들은 비교 가능한 실리콘 트랜지스터보다 전력 손실이 훨씬 낮습니다. 이를 통해 16kHz의 스위칭 주파수로 인버터 스택을 작동 할 수 있습니다. 최첨단 실리콘 트랜지스터를 사용하면이 전압 등급에서 약 10 배 낮은 스위칭 주파수 만 가능합니다. 높은 스위칭 주파수는 더 작은 형식으로 치수를 지정할 수 있기 때문에 수동 부품을 절약합니다.

인버터의 또 다른 특징은 합성 에스테르를 냉각 매체로 사용하는 능동 액체 냉각입니다. 이 매체는 인버터를 통해 펌핑되고 ​​액체 방열판과 밀폐 된 탱크에있는 필터 초크를 통해 트랜지스터를 모두 냉각합니다. 동시에 필터 초크 용 냉각 매체는 전기 절연 매체 역할을하여 필터 초크를 더욱 컴팩트하게 만들 수 있습니다.

인버터는 Fraunhofer ISE'의 실험실에서 제작 및 테스트되어 정격 전력에서 98.4 %의 매우 높은 효율을 달성했습니다. 장치의 설계는 여러 인버터 스택의 모듈 식 상호 연결을 허용하여 수 메가 와트의 시스템 출력을 달성합니다. 스위치 기어 및 냉각 장치의 추가 설치 공간을 고려하면이 전압 등급의 상용 인버터 시스템에 비해 인버터 시스템의 부피를 최대 40 % 절약 할 수 있습니다.

이 프로젝트는 독일 연방 경제 에너지 부 (BMWi)가 하위 영역" 재생 에너지 및 재생 에너지 공급 시스템 통합"에 따라 제 6 차 에너지 연구 프로그램의 일부로 자금을 지원했습니다. 프로젝트 파트너는 Semikron Elektronik GmbH& Co. KG 및 STS Spezial-Transformatoren Stockach GmbH. Semikron은 프로젝트에서 3.3kV SiC 모듈의 개발을 담당했으며 STS는 주로 유도 성 부품을 담당했습니다.

중간 전압 수준의 미래 전력 전자 장치

Fraunhofer ISE는 중전 압 범위에서 고 차단 SiC 장치를 사용하기위한 많은 잠재적 애플리케이션을보고 있습니다." 특히 대형 태양 광 발전소의 경우, 추세는 더 높고 더 높은 전압을 향하고 있습니다." Fraunhofer ISE의 ​​중전 압 전력 전자 팀장 Andreas Hensel은 말합니다." 몇 년 동안 사용 가능한 1500V PV 기술을 통해 저전압 지침은 이미 완전히 활용되고 있습니다. 여기에서 다음 단계는 중전 압 레벨에서 병입으로 전환하는 것이며, 이는 PV 발전소의 시스템 개념에서 비용을 절감하고 개선 할 수있는 잠재력을 더 가져올 것입니다."

재생 발전소 및 대형 배터리 저장 시스템 외에도 고압 전력 전자 장치의 다른 응용 분야에는 드라이브 시스템 및 철도 기술이 포함됩니다.

이러한 시스템을 테스트하기 위해 Fraunhofer ISE는 2019 년 중반에 개장 한 멀티 메가 와트 실험실을 보유하고 있습니다. 이를 통해 최대 20 MVA의 전력으로 고압 시스템을 작동 할 수 있습니다.