Отправить эту статью по почте 
Открытый доступ
Доступ для подписчиков
Подход к выбору структуры и расчёту параметров твёрдотельного трансформатора для интеграции гибридной микросети в распределительную сеть среднего напряжения
Аннотация
Развитие распределённых энергоресурсов содействует созданию микросетей низкого напряжения переменного тока, а также гибридных микросетей. Организация сети постоянного тока для интеграции распределённых энергоресурсов, выдающих мощность на постоянном токе, позволяет снизить потери на преобразование электроэнергии до 25 %. Обычно для присоединения гибридных микросетей к распределительным сетям применялись двунаправленные силовые электронные преобразователи (СЭП). Альтернативным решением являются твёрдотельные трансформаторы (ТТТ), обладающие множеством преимуществ в части управления режимами. В статье представлен подход к выбору структуры и расчёту параметров ТТТ с целью замены силового трансформатора низкой частоты (ТНЧ) и СЭП. Приведён пример и результаты расчётов параметров всех элементов ТТТ при замене ТНЧ мощностью 630 кВ·А для реальной микросети, а также обоснованы все принимаемые технические решения. Приведённые результаты можно использовать при создании гибридных микросетей с целью повышения надёжности и эффективности электроснабжения потребителей.
DOI: 10.71527/EP.EN.2026.09.002
EDN: FDKAVF
Ключевые слова
Литература
Воропай Н. И. Направления и проблемы трансформации электроэнергетических систем // Электричество. 2020. № 7. С. 12 – 21.
Папков Б. В., Куликов А. Л., Илюшин П. В. Задачи надежности современного электроснабжения. — Вологда: ООО «Издательство «Инфра-Инженерия». 2022. — 260 с.
Илюшин П. В. Системный подход к развитию и внедрению распределённой энергетики и возобновляемых источников энергии в России // Энергетик. 2022. № 4. С. 20 – 27.
Вольный В. С. Подход к реализации концепций микро- и минисетей в отечественных распределительных сетях на основе международного опыта // Энергоэксперт. 2024. № 1. С. 66 – 70.
Hatziargyriou N. The Microgrids Concept. In Microgrids: Architectures and Control. — Wiley-IEEE Press, 2014. Vol. 1. P. 1 – 24.
Meliopoulos A. P. S. Challenges in simulation and design of mGrids. Proc. of the IEEE Power Engineering Society Transmission and Distribution Conference. 2002. Vol. 1. P. 309 – 314.
Вольный В. С. Твердотельный трансформатор как ключевой элемент формирования интеллектуальных распределительных сетей // Технологическое развитие отраслей ТЭК для достижения углеродной нейтральности экономики России: сб. докл. Школы молодых ученых, 17 – 18 октября 2023 г. — Москва: Институт энергетических исследований РАН, 2023. С. 159 – 171.
Илюшин П. В., Вольный В. С. Особенности построения коммунально-бытовой микросети на базе существующей распределительной сети низкого напряжения // Энергия единой сети. 2025. № 3 – 4. С. 56 – 68.
Суворов А. А. Механизмы возникновения субсинхронных колебаний в энергосистемах с силовыми инверторными преобразователями. Ч. 1 // Электричество. 2025. № 1. С. 17 – 31.
Илюшин П. В. Особенности реализации многопараметрической делительной автоматики в энергорайонах с объектами распределенной генерации // Релейная защита и автоматизация. 2018. № 2. С. 12 – 24.
Суворов А. А. Верификация расчётов динамической устойчивости энергорайонов с распределёнными генерирующими объектами / А. А. Суворов, А. Б. Аскаров, М. В. Андреев, В. Е. Рудник // Электрические станции. 2021. № 10. С. 12 – 25.
Илюшин П. В., Вольный В. С. Обзор структур микросетей низкого напряжения с распределенными источниками энергии // Релейная защита и автоматизация. 2023. № 1. С. 68 – 80.
Захаревич П. Топологии силовых каскадов // Электронные компоненты. 2025. № 6. С. 52 – 55.
Филатов В. Двух- и трехуровневые инверторы на IGBT. Перспективные решения // Силовая электроника. 2012. Т. 4, № 37. С. 38 – 41.
Rabl I. 3L NPC, TNPC & ANPC Topology (Application Note AN 11-001). — Nuremberg: Semikron Danfoss International, 2026. — 31 p.
Huang A. Q. Medium-Voltage Solid-State Transformer: Technology for a Smarter and Resilient Grid. IEEE Industrial Electronics Magazine. 2016. Vol. 10, No. 3. P. 29 – 42.
Wang F., Ji S. Benefits of High-voltage SiC-based Power Electronics in Medium-voltage Power-distribution Grids. Chinese Journal of Electrical Engineering. 2021. Vol. 7, No. 1. P. 1 – 26.
Leibl M., Ortiz G., Kolar J. W. Design and Experimental Analysis of a Medium-Frequency Transformer for Solid-State Transformer Applications. IEEE Transactions on Power Electronics. 2017. Vol. 32, No. 4. P. 3023 – 3033.
Huber J. E., Kolar J. W. Applicability of Solid-State Transformers in Today’s and Future Distribution Grids. IEEE Transactions on Smart Grid. 2018. Vol. 9, No. 4. P. 3633 – 3646.
Predescu D. M., Rosu S. G. Solid State Transformers: A Review — Part I: Stages of Conversion and Topologies. Technologies. 2025. Vol. 13, No. 2. Art. 74.
Huang A. Y9.ET3: Robust Gen-III SST Development: Progress Report // FREEDM Systems Center, North Carolina State University. Raleigh (NC). 2016. — 6 p.
Yelaverthi D. B., Hesterman B., Mansour M., Zane R. CLLLC Dual Active Bridge with novel Insulation Approach for SST Applications. Proc. of the 2021 IEEE Applied Power Electronics Conference and Exposition (APEC). 2021. P. 1651 – 1658.
Вольный В. С., Илюшин П. В. Методика создания гибридной микросети низкого напряжения с распределенными энергоресурсами на базе гибридного распределительного трансформатора или твердотельного трансформатора // Релейная защита и автоматизация. 2026. № 2. С. 33 – 45.
Wang Q., Zhang J., Li H., et al. A Novel Solid-State Transformers Structure with a Single Galvanic Isolation Stage for Multi-Outlet EV Fast Charging Stations. IEEE Transactions on Power Electronics. 2026. Vol. 41, No. 5. P. 1102 – 1114.
Gong J., Wang Y., Li X., et al. Comprehensive Analysis of Three-phase Three-level T-type Neutral-Point-Clamped Inverter with Hybrid Switch Combination. IEEE Transactions on Power Electronics. 2019. Vol. 34, No. 11. P. 10815 – 10829.
Zhang L., Sun K., Xing Y., Feng L. A Family of Five-Level Dual-Buck Full-Bridge Inverters for Grid-Tied Applications. IEEE Transactions on Power Electronics. 2016. Vol. 31, No. 10. P. 7029 – 7043.
22 kW Bi-Directional Active Front End (Reference Design CRD-22AD12N). Wolfspeed. — URL: https://www.wolfspeed.com/ products/power/referencedesigns/crd- 22ad12n/ (дата обращения: 15.07.2026).
Anzola J., Aizpuru I., Arruti A. Partial Power Processing Based Converter for Electric Vehicle Fast Charging Stations. Electronics. 2021. Vol. 10, No. 3. Art. 260.
Zhong Q., Bai H., Chen G., et al. Enhancing Common-Mode Loop Stability of Three-Phase Four-Bridge Grid-Connected Inverters via Control Delay. Energies. 2026. Vol. 19, No. 3. P. 646 – 664.
Rashid M. H. Power Electronics: Devices, Circuits, and Applications. — 4th ed. — Boston: Pearson Education, 2014. — 1027 p.
Вольный В. С., Илюшин П. В. Унифицированная структура стандарта по активным распределительным сетям низкого напряжения с распределенными энергоресурсами // Релейная защита и автоматизация. 2025. № 1. С. 46 – 57.
Илюшин П. В., Березовский П. К. Анализ международного опыта формирования условий для эффективного применения систем накопления электроэнергии в управлении режимами // Энергетик. 2019. № 11. С. 3 – 8.
Jagau M. Solid-State Transformer based on the AC-AC Dual Active Bridge Converter: diss. Doktors der Ingenieurwissenschaften: 17.04.2022. Technische Universität München. — München, 2022. — 156 p.
Зиновьев Г. С. Основы силовой электроники: учеб. для бакалавриата и магистратуры. — 5-е изд., испр. и доп. — М.: Изд-во Юрайт, 2024. — 665 с.
Рахманов Н. Р. Гибридная система переменного/постоянного тока с возобновляемыми источниками энергии для автономного электроснабжения удалённых потребителей / Н. Р. Рахманов, Г. Б. Гулиев, Ф. Ш. Ибрагимов, З. А. Маммадов // Энергетик. 2024. № 11. С. 27 – 33.
Шаповало А. А. О современной модернизации систем электроснабжения локальных технологических объектов топливно-энергетического комплекса / А. А. Шаповало, Э. М. Перминов, В. К. Аверьянов, В. Н. Толмачёв // Энергетик. 2016. № 12. С. 25 – 31.
Ссылки
- На текущий момент ссылки отсутствуют.
998 – 2025 НТФ «Энергопрогресс»
Адрес редакции:
129090, г. Москва, ул. Щепкина, д. 8
Телефон: +7 495 234-74-21
E-mail: energetick@mail.ru, energetik@energy-journals.ru
Наши партнеры
Выставки:
_Казахстан1.png)
.png)
.png)
_(1).png)
.png)
_Казахстан.png)
_Казахстан3.png)