Zastosowania Polska

Mikrosieć to zdecentralizowana grupa źródeł i odbiorów energii elektrycznej, która zwykle działa podłączona do tradycyjnej rozległej sieci synchronicznej i synchroniczna z nią, ale może również zostać odłączona w „trybie wyspowym” i funkcjonować autonomicznie, zgodnie z warunkami fizycznymi lub ekonomicznymi. W ten sposób mikrosieć może skutecznie integrować różne źródła generacji rozproszonej (DG), w szczególności Odnawialne Źródła Energii (OZE) – energię elektryczną odnawialną, a także może dostarczać energię awaryjną, przełączając się pomiędzy trybem wyspowym i połączonym.

Istnieje wiele rodzajów mikrosieci. W zależności od zastosowań i rozmiarów można je sklasyfikować jako mikrosieci kampusowe/instytucjonalne, mikrosieci społecznościowe, odległe mikrosieci poza siecią, mikrosieci w bazach wojskowych oraz mikrosieci komercyjne i przemysłowe (C&I). W zakresie konstrukcji elektrycznych zalicza się do nich mikrosieci prądu przemiennego, mikrosieci prądu stałego oraz mikrosieci hybrydowe prądu przemiennego i stałego.

Mikrosieć może pracować w trybie przyłączenia do sieci i w trybie autonomicznym oraz obsługiwać przejścia między nimi. Mikrosieci oferują możliwość zrównoważenia potrzeby redukcji emisji gazów cieplarnianych przy jednoczesnym zapewnieniu niezawodnej energii elektrycznej w okresach, w których odnawialne źródła energii nie są dostępne. Mikrosieci zapewniają także bezpieczeństwo energetyczne i skracają czas przerw w dostawie prądu w przypadku trudnych warunków pogodowych i klęsk żywiołowych.

Mikrosieci i ogólnie integracja jednostek rozproszonych zasobów energii (DER) wprowadzają szereg wyzwań operacyjnych, którym należy stawić czoła. Dwa najważniejsze z nich to dwukierunkowe przepływy mocy i problemy ze stabilnością. Interakcje pomiędzy rozproszonymi generatorami energii mogą powodować lokalne oscylacje, wymagające dokładnej analizy stabilności małych zakłóceń. Co więcej, działania przejściowe między trybem pracy przyłączonym do sieci a trybem wyspowym (samodzielnym) w mikrosieci mogą powodować przejściową niestabilność. Ostatnie badania wykazały, że interfejs mikrosieci prądu stałego (DC) może skutkować znacznie prostszą strukturą sterowania, bardziej efektywną energetycznie dystrybucją i wyższą obciążalnością prądową dla tych samych wartości znamionowych linii.

Typowa hybrydowa struktura mikrosieci[1]

Typowa mikrosieć hybrydowa ma budowę przedstawioną powyżej. Podstawowymi elementami mikrosieci są dwukierunkowe przetwornice AC/DC i DC/DC. Ze względów bezpieczeństwa i niezawodności przetwornice muszą być odizolowane, aby jakakolwiek awaria obciążenia lub źródła energii nie spowodowała przeniesienia problemu na szynę/sieć zasilającą.

Dwukierunkowy, podwójny, aktywny konwerter z pełnym mostkiem

Konwerter sieci PV na DC

Dwupoziomowy dwukierunkowy konwerter AC/DC

Większość podłączonych do sieci przetwornic AC/DC i DC/DC musi działać w trybie dwukierunkowego przepływu energii, co wymaga, aby urządzenie przełączające służyło jako aktywny przełącznik w jednym kierunku przepływu energii, ale działało jako dioda lub synchroniczny MOSFET w drugim kierunku przepływu energii kierunek przepływu. Tranzystory MOSFET SiC z niemal zerową diodą z odzyskiem prądu zwrotnego są idealną opcją w zastosowaniach, szczególnie w przypadku topologii twardego przełączania. W przypadku dwukierunkowych trzech przetwornic AC/DC topologia wiedeńska nie jest już obowiązująca. Dwupoziomowa topologia trójfazowego AC/DC staje się preferowanym wyborem ze względu na swoją prostotę. Tranzystory MOSFET SiC nie tylko umożliwiają wiele dwukierunkowych topologii w tym obszarze zastosowań, ale ich doskonałe właściwości przełączania sprawiają, że rozwiązania są bardziej wydajne, kompaktowe i jeszcze tańsze, przy dalszym obniżeniu ceny SiC.

[1] Chendan Li, Sanjay Kumar Chaudhary, Josep M. Guerrero „Analiza przepływu mocy dla hybrydowych mikrosieci AC-DC niskiego napięcia z kontrolowaną stratą prądu z wirtualną impedancją”, Walne zgromadzenie IEEE PES 2014 | Konferencja i wystawa