Toepassingen

Een microgrid is een gedecentraliseerde groep elektriciteitsbronnen en belastingen die normaal gesproken verbonden en synchroon blijft met het traditionele grote gebiedssynchrone netwerk, maar ook kan loskoppelen naar de "eilandmodus" - en autonoom functioneert zoals fysieke of economische omstandigheden voorschrijven. Op deze manier kan een microgrid effectief verschillende bronnen van gedistribueerde generatie (DG) integreren, met name hernieuwbare energiebronnen (RES) - hernieuwbaar elektriciteit, en noodgevalstoevoorziening bieden, wisselend tussen eiland- en gekoppelde modi.

Er zijn veel soorten microgrids. Op basis van toepassingen en maten kunnen ze worden ingedeeld als Campusomgeving/Institutionele Microgrids, Gemeenschapsmicrogrids, Afgelegen Off-grid Microgrids, Militaire Basis Microgrids en Commerciële en Industriële (C&I) Microgrids. In termen van elektrische structuren omvatten ze AC-microgrids, DC-microgrids en hybride AC/DC-microgrids.

Een microgrid is in staat om te opereren in een netwerkverbonden modus en in een autonome modus, en om de overgang tussen deze twee te beheren. Microgrids bieden een optie om het behoefte om koolstofemissies te verminderen in evenwicht te brengen terwijl er toch betrouwbare elektrische energie wordt geleverd in tijden dat hernieuwbare energiebronnen niet beschikbaar zijn. Microgrids bieden ook energiebeveiliging en verkorten de stroomuitvaltijd bij extreme weersomstandigheden en natuurrampen.

Microgrids en de integratie van gedistribueerde energiebronnen (DER) in het algemeen introduceren een aantal operationele uitdagingen die moeten worden aangepakt. Bidirectionele stroomvloeien en stabiliteitsproblemen zijn de belangrijkste twee. Interacties tussen gedistribueerde energiegeneratoren kunnen lokale oscillaties veroorzaken, wat een grondige analyse van kleine storingen vereist. Bovendien kunnen transitiemomenten tussen het netwerkverbonden- en eilandmodus (stand-alone) van operatie in een microgrid tijdelijke instabiliteit creëren. Recent onderzoek heeft aangetoond dat een direct-stroom (DC) microgridinterface kan leiden tot een significante vereenvoudiging van de controlestructuur, efficiëntere energieverdeling en een hogere stroomdraagcapaciteit voor dezelfde lijngrading.

Een typische hybride microgridstructuur[1]

Een typische hybride microgrid heeft de structuur zoals hierboven weergegeven. De kerncomponenten van de microgrid zijn bidirectionele AC/DC en DC/DC-omvormers. Om veiligheids- en betrouwbaarheidsredenen moeten de omvormers geïsoleerd worden, zodat een storing in een belasting of energiebron niet het probleem naar het netwerk/zijspannetje zal doorgeven.

Bidirectionele Dual Active Full Bridge Omvormer

PV-naar-DC-net Omvormer

2-niveau Bidirectionele AC/DC Omvormer

De meeste netgebonden AC/DC- en DC/DC-omvormers moeten biderictioneel energie stromen, wat een schakelapparaat vereist dat als actieve schakelaar fungeert in één energiestroomrichting, maar als diode of synchrone MOSFET moet functioneren in de andere energiestroomrichting. SiC-MOSFETs, met een bijna nul terugkeerstroom lichaamdiode, zijn een ideale optie voor deze toepassingen, vooral voor harde schakeltopologieën. Voor biderictionele drie AC/DC-omvormers is de Vienna-topologie niet meer geldig. De 2-niveaus drie-fasen AC/DC-topologie wordt een voorkeur door simpliciteit. SiC-MOSFETs maken niet alleen vele biderictionele topologieën in dit toepassingsgebied mogelijk, hun superieure schakelkarakteristieken maken de oplossingen efficiënter, compacter en zelfs minder duur met verder dalende SiC-prijzen.

[1] Chendan Li, Sanjay Kumar Chaudhary, Josep M. Guerrero "Stroomvloedanalyse voor droop-gecontroleerde LV hybride AC-DC microgrid met virtuele impedantie," 2014 IEEE PES General Meeting | Conference & Exposition