Zastosowania

Mikrosieć to zdecentralizowana grupa źródeł energii elektrycznej i obciążeń, która zwykle działa podłączona i synchronicznie z tradycyjną szerokopasmową siecią synchroniczną, ale może również odłączyć się do trybu "wyspowego" – i funkcjonować samodzielnie w zależności od warunków fizycznych lub ekonomicznych. W ten sposób mikrosieć może skutecznie integrować różne źródła rozproszonej generacji (DG), zwłaszcza Źródła Energii Odnawialnej (RES) - odnawialnej elektroenergii, a także dostarczać energii awaryjnej, zmieniając między trybem wyspowym a trybem połączonym.

Istnieje wiele rodzajów mikrosieci. Na podstawie zastosowań i rozmiarów mogą być klasyfikowane jako Mikrosieci Kampusowe/Instytucyjne, Mikrosieci Społecznościowe, Odległe Mikrosieci Bezprzewodowe, Mikrosieci Baz Wojskowych oraz Mikrosieci Handlowo-Przemysłowe (C&I). W zakresie struktur elektrycznych obejmują one mikrosieci prądu zmiennego (AC), mikrosieci prądu stałego (DC) i hybrydowe mikrosieci AC/DC.

Mikrosieć jest w stanie działać w trybie połączonym z siecią oraz samodzielnie, a także obsługuje przejście między tymi trybami. Mikrosieci oferują opcję zrównoważenia potrzeby redukowania emisji węgla, jednocześnie zapewniając niezawodną energię elektryczną w okresach, gdy źródła odnawialne są niedostępne. Mikrosieci zapewniają również bezpieczeństwo dostarczania energii i skracają czas przestoju w sytuacjach występowania ekstremalnych warunków pogodowych i katastrof naturalnych.

Sieci mikroprzemysłowe oraz ogólnie integracja jednostek rozproszonych źródeł energii (DER) wprowadzają szereg wyzwań operacyjnych, które należy rozwiązać. Najważniejszymi z nich są przepływy mocy w obu kierunkach i problemy stabilności. Interakcje między jednostkami generowania rozproszonej energii mogą powodować lokalne oscylacje, co wymaga dokładnej analizy stabilności przy małych zaburzeniach. Ponadto, aktywności związane z przejściem między trybem pracy w sieci i trybem wyspowskim (samodzielnym) w mikrosieci mogą prowadzić do nieustalonej chwili przejściowej. Ostatnie badania wykazały, że interfejs mikrosieci prądu stałego (DC) może prowadzić do znacznie prostszej struktury sterowania, bardziej energetycznie efektywnego rozdziału energii oraz większej zdolności przenoszenia prądu dla tych samych parametrów linii.

Typowa hybrydowa struktura mikrosieci[1]

Typowy hybrydowy mikrosieć ma strukturę jak pokazano powyżej. Podstawowymi komponentami mikrosieci są konwertery przemiennicze AC/DC i DC/DC dwukierunkowe. Z powodów bezpieczeństwa i niezawodności konwertery muszą być izolowane, aby awaria obciążenia lub źródła energii nie przenosiła problemu na bus/prąd sieciowy.

Dwukierunkowy Konwerter Dual Active Full Bridge

Konwerter PV do Sieci DC

konwerter AC/DC Dwukierunkowy 2-Poziomowy

Większość przekształtników AC/DC i DC/DC podłączonych do sieci musi działać w trybie dwukierunkowego przepływu energii, co wymaga urządzenia przełączającego, aby działało jako aktywny przekaźnik w jednym kierunku przepływu energii, ale funkcjonowało jak dioda lub synchroniczny MOSFET w drugim kierunku przepływu energii. SiC MOSFETy, z niemal zerowym czasem odzysku diody ciałka, są idealnym rozwiązaniem w tych zastosowaniach, zwłaszcza dla topologii z przemiennikiem twardym. Dla trójfazowych przekształtników AC/DC dwukierunkowych, topologia Vienny nie jest już prawidłowa. Topologia trójfazowa 2-poziomowa staje się preferowanym wyborem ze względu na swoją prostotę. SiC MOSFETy nie tylko umożliwiają wiele topologii dwukierunkowych w tej dziedzinie zastosowań, ale ich wyższe parametry przełączania czynią rozwiązania bardziej wydajnymi, kompaktowymi, a nawet tańszymi dzięki dalszym obniżkom cen SiC.

[1] Chendan Li, Sanjay Kumar Chaudhary, Josep M. Guerrero „Analiza przepływu mocy dla mikrosieci niskiego napięcia z kontrolą droop hybrydowych mikrosieci AC-DC z wirtualnym impedancją”, 2014 IEEE PES General Meeting | Conference & Exposition