Tinjauan tentang Topologi dan Aplikasi Kontrol Transformator Elektronik Daya Tegangan Menengah-Tinggi II

2 Pemilihan Struktur Keseluruhan PET

Topologi PET sangat beragam. Berdasarkan jumlah tahapan konversi energi, topologi PET dapat diklasifikasikan menjadi tipe satu tahap, dua tahap, dan tiga tahap [7]. Struktur dua tahap mencakup struktur dengan bus DC tegangan tinggi dan tegangan rendah, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 1.

Pada PET satu tahap (Gambar 1(a)), frekuensi sedang/tinggi Transformator Isolasi Transformator daya listrik (PET) menghubungkan konverter AC/AC di kedua sisi. Konverter AC/AC sisi primer memodulasi tegangan AC frekuensi saluran masukan menjadi tegangan AC frekuensi tinggi, yang kemudian dihubungkan melalui transformator dan dikonversi kembali ke tegangan AC frekuensi saluran oleh konverter AC/AC sisi sekunder. PET satu tahap memiliki lebih sedikit tahap konversi dan komponen, efisiensi tinggi, dan kepadatan daya tinggi. Namun, kurangnya bus DC membuatnya tidak cocok untuk jaringan AC/DC hibrida, dan kontrol pemisahan daya menjadi kompleks.

PET dua tahap memiliki bus DC di sisi tegangan tinggi atau rendah. Topologi di satu sisi transformator isolasi menyerupai PET satu tahap, sedangkan sisi lainnya terhubung ke bus DC melalui rangkaian AC/DC atau DC/AC (Gambar 1(c) dan Gambar 1(d)). Dengan tautan DC tegangan tinggi atau rendah, PET dua tahap dapat terhubung ke jaringan DC tegangan menengah/tinggi di sisi tegangan tinggi atau ke sistem PV/penyimpanan di sisi tegangan rendah. Namun, daya aktif yang ditransfer oleh konverter di kedua sisi transformator isolasi sangat sensitif terhadap parameter induktansi kebocoran transformator. Selain itu, kapasitor bus DC mengalami fluktuasi tegangan frekuensi ganda yang signifikan, dan fluktuasi arus konverter besar [7], sehingga kontrol menjadi sulit.

PET tiga tahap (Gambar 1(b)) memiliki bus DC di sisi tegangan tinggi dan rendah. Arus AC frekuensi saluran masukan diubah menjadi bus DC tegangan tinggi melalui konversi AC/DC, dimodulasi menjadi gelombang persegi frekuensi tinggi, dihubungkan ke sisi tegangan rendah melalui transformator frekuensi menengah/tinggi, diubah menjadi bus DC tegangan rendah, dan akhirnya dibalik menjadi tegangan AC frekuensi saluran melalui konversi DC/AC. PET tiga tahap dapat terhubung ke sistem DC tegangan tinggi dan rendah. Kontrol setiap tahap konversi relatif independen, sehingga memudahkan kontrol dekopling dan kompensasi. Namun, beberapa tahap konversi menghasilkan struktur yang paling kompleks. Karena desain multi-tahap, topologi PET tiga tahap lebih mudah mencapai kaskade di sisi tegangan tinggi dan paralel di sisi tegangan rendah, memenuhi kebutuhan aplikasi tegangan menengah/tinggi. Dengan demikian, topologi tiga tahap adalah yang paling banyak digunakan dalam penelitian dan aplikasi PET tegangan menengah/tinggi.

Untuk PET pada aplikasi tegangan menengah/tinggi, sisi tegangan rendah memiliki tingkat tegangan rendah dengan batasan tegangan perangkat minimal. Sebaliknya, tahap penyearahan tegangan tinggi dan tahap isolasi menengah menghadapi tingkat tegangan tinggi, yang memberlakukan persyaratan yang lebih ketat pada topologi sirkuit dan perangkat. Penelitian yang ada berfokus pada dua arah: ① Topologi dan metode kontrol baru untuk PET tegangan menengah/tinggi berdasarkan peringkat tegangan perangkat yang ada; ② Topologi dan kontrol PET menggunakan perangkat tegangan tinggi baru, seperti perangkat SiC 10kV [8, 9]. Namun, perangkat SiC tegangan tinggi masih dalam tahap R&D laboratorium, dan perangkat komersial belum dapat memenuhi persyaratan tegangan. Oleh karena itu, topologi bertingkat multi-modul atau multi-level modul tunggal digunakan untuk memenuhi persyaratan tegangan input tinggi. Topologi tipikal ditunjukkan pada Gambar 2, yang dianalisis pada Bagian 3.