Kilde: ise.fraunhofer.de
Etter hvert som energiomgangen går, blir utvidelsen av strømnettene stadig viktigere. Flere og flere fornybare anlegg samt elektriske lagringssystemer kobles til nettet. Dette gir kraftelektronikk en avgjørende rolle, fordi det er viktig å koble disse systemene til nettet. I tillegg til bare innmating eller tilbakemelding av elektrisk energi, må kraftelektronikk også utføre andre nettstøttende oppgaver. I" SiC-MSBat" prosjekt har forskere ved Fraunhofer Institute for solenergisystemer ISE, sammen med partnere, nå utviklet og med suksess bestilt en svært kompakt inverter for direkte mating til mellemspenningsnettet.
Foreløpig mates omformere hovedsakelig inn i lavspenningsnettet. De kobles deretter til mellemspenningsnettet via store 50 Hz transformatorer. Bruken av nye typer silisiumkarbid (SiC) transistorer med svært høye blokkeringsspenninger gjør det nå også mulig å koble omformerne direkte til mellemspenningsnettet. Takket være den høye kontrolldynamikken til SiC-omformere, kan de påta seg nettstabiliserende oppgaver og for eksempel fungere som aktive effektfiltre for å kompensere for overtoner i mellemspenningsnettet. Videre kan SiC-omformere oppnå mye høyere effekttetthet enn konvensjonelle omformere. Dette resulterer i en kompakt design, noe som er en spesiell fordel når planter skal bygges i byområder eller eksisterende gamle anlegg skal ettermonteres. I tillegg til bare systemkostnadene, spiller også bygg- og infrastrukturkostnader en veldig viktig rolle, spesielt i byområder. Som en del av prosjektet" SiC-MSBat - mellomspenningsomformere med høyspennings SiC-kraftmoduler for storskala lagring og systembetjeningsdistribusjonsnett", ble det utviklet en 250 kW inverterstabel for mating i 3 kV vekselstrømsnett. Her brukes nye 3,3-kV SiC-transistorer. Disse har betydelig lavere tap enn sammenlignbare silisiumtransistorer. Dette gjør det mulig å betjene inverterstabelen med en svitsjefrekvens på 16 kHz. Med toppmoderne silisiumtransistorer er bare omtrent 10 ganger lavere bryterfrekvenser mulig i denne spenningsklassen. Den høye byttefrekvensen gir besparelser på de passive komponentene, da disse kan dimensjoneres i et mindre format. En annen spesiell egenskap ved omformeren er aktiv væskekjøling med en syntetisk ester som kjølemedium. Dette mediet pumpes gjennom inverteren og avkjøler både transistorer via en væskekjøleleder og filterdrosslene, som er plassert i en lukket tank. På samme tid fungerer kjølevæsken for filterdrosslene som et elektrisk isolasjonsmedium, slik at filterdrosslene kan gjøres enda mer kompakte. Inverteren ble bygget og testet i Fraunhofer ISE' s laboratorier, og oppnådde en meget høy effektivitetsgrad på 98,4 prosent ved nominell effekt. Utformingen av enheten tillater modulær sammenkobling av flere inverterstabler for å oppnå systemutganger på flere megawatt. Tatt i betraktning ekstra installasjonsplass for koblingsutstyr og kjøleenhet, kan man oppnå en volumbesparelse på omformersystemet på opptil 40 prosent sammenlignet med kommersielle omformersystemer i denne spenningsklassen. Prosjektet ble finansiert av det tyske forbundsdepartementet for økonomiske spørsmål og energi (BMWi) som en del av det sjette energiforskningsprogrammet under delområdet" Integration of Renewable Energies and Regenerative Energy Supply Systems" ;. Prosjektpartnere var Semikron Elektronik GmbH& Co. KG og STS Spezial-Transformatoren Stockach GmbH. Semikron var ansvarlig for utviklingen av 3,3 kV SiC-modulene i prosjektet, STS var hovedsakelig ansvarlig for de induktive komponentene. Fraunhofer ISE ser mange potensielle bruksområder for bruk av høyt blokkerende SiC-enheter i mellomspenningsområdet." Spesielt for store solcelleanlegg er trenden mot høyere og høyere spenninger," sier Andreas Hensel, sjef for Team Medium Voltage Power Electronics hos Fraunhofer ISE." Med 1500 V PV-teknologien som har vært tilgjengelig i noen år, blir lavspenningsdirektivet allerede utnyttet fullt ut. Det neste trinnet her vil være overgangen til innmating på middels spenningsnivå, noe som vil gi ytterligere potensial for besparelser og forbedringer i systemkonseptet for solcelleanlegg." I tillegg til regenerative kraftverk og store batterilagringssystemer, inkluderer andre bruksområder for middels spenningselektronikk drivsystemer og skinneteknologi. For å teste slike systemer har Fraunhofer ISE laboratoriet med flere megawatt, som ble innviet i midten av 2019. Dette muliggjør drift av mellomspenningssystemer med en effekt på opptil 20 MVA.Kompakt design på grunn av høy koblingsfrekvens
Fremtidig kraftelektronikk på middels spenningsnivå
