Ứng dụng

Một vi lưới điện là một nhóm phân tán các nguồn cung cấp điện và tải thường hoạt động kết nối và đồng bộ với lưới điện truyền thống rộng lớn, nhưng cũng có thể ngắt kết nối sang "chế độ đảo" - và vận hành tự chủ khi điều kiện vật lý hoặc kinh tế yêu cầu. Theo cách này, một vi lưới điện có thể tích hợp hiệu quả các nguồn năng lượng phân tán khác nhau (DG), đặc biệt là Nguồn Năng Lượng Tái Tạo (RES) - điện năng tái tạo, và có thể cung cấp điện khẩn cấp, chuyển đổi giữa chế độ đảo và chế độ kết nối.

Có nhiều loại vi lưới điện. Dựa trên ứng dụng và kích thước, chúng có thể được phân loại thành Vi Lưới Điện Môi Trường Khu Học Xá/Cơ Quan, Vi Lưới Điện Cộng Đồng, Vi Lưới Điện Xa Lánh/Không Kết Nối, Vi Lưới Điện Cơ Sở Quân Sự và Vi Lưới Điện Thương Mại Và Công Nghiệp (C&I). Về cấu trúc điện, chúng bao gồm vi lưới điện AC, vi lưới điện DC và vi lưới điện lai AC/DC.

Một vi mạng có khả năng vận hành ở chế độ kết nối lưới và chế độ độc lập, cũng như xử lý quá trình chuyển đổi giữa hai chế độ này. Vi mạng cung cấp một giải pháp để cân bằng nhu cầu giảm lượng khí thải carbon trong khi vẫn tiếp tục cung cấp điện năng đáng tin cậy trong những thời điểm nguồn năng lượng tái tạo không sẵn có. Vi mạng cũng đảm bảo an ninh năng lượng và rút ngắn thời gian mất điện trong các sự kiện thời tiết khắc nghiệt và thiên tai.

Các mạng vi lưới, và việc tích hợp các đơn vị nguồn năng lượng phân tán (DER) nói chung, đưa ra một số thách thức vận hành cần được giải quyết. Dòng điện hai chiều và các vấn đề về độ ổn định là hai thách thức hàng đầu. Tương tác giữa các đơn vị phát điện năng lượng phân tán có thể tạo ra dao động cục bộ, đòi hỏi phải phân tích kỹ lưỡng sự ổn định trước nhiễu nhỏ. Hơn nữa, các hoạt động chuyển đổi giữa chế độ vận hành kết nối với lưới và chế độ đảo lập (độc lập) trong một mạng vi lưới có thể gây ra bất ổn tức thời. Các nghiên cứu gần đây đã chỉ ra rằng giao diện mạng vi lưới dòng điện một chiều (DC) có thể dẫn đến cấu trúc điều khiển đơn giản hơn đáng kể, phân phối năng lượng hiệu quả hơn và khả năng tải dòng điện cao hơn cho cùng một mức đánh giá dây dẫn.

Một cấu trúc điển hình của mạng vi lưới lai[1]

Một microgrid lai điển hình có cấu trúc như được hiển thị ở trên. Các thành phần cốt lõi của microgrid là bộ chuyển đổi AC/DC và DC/DC hai chiều. Vì lý do an toàn và độ tin cậy, các bộ chuyển đổi cần phải được cô lập, để bất kỳ sự cố nào từ tải hoặc nguồn năng lượng cũng sẽ không lan truyền vấn đề đến bus/lưới điện.

Bộ chuyển đổi Dual Active Full Bridge hai chiều

Bộ chuyển đổi từ PV sang lưới điện DC

bộ chuyển đổi AC/DC hai chiều 2 cấp

Hầu hết các bộ chuyển đổi AC/DC và DC/DC nối lưới cần hoạt động trong dòng năng lượng hai chiều, điều này yêu cầu một thiết bị chuyển mạch hoạt động như công tắc chủ động ở một hướng dòng năng lượng, nhưng lại hoạt động như đi-ốt hoặc MOSFET đồng bộ ở hướng dòng năng lượng khác. SiC MOSFETs, với đi-ốt cơ bản có thời gian phục hồi ngược gần bằng không, là lựa chọn lý tưởng trong các ứng dụng này, đặc biệt cho các cấu trúc chuyển mạch cứng. Đối với các bộ chuyển đổi AC/DC ba pha hai chiều, kiến trúc Vienna không còn phù hợp nữa. Kiến trúc AC/DC ba pha 2 mức trở thành lựa chọn ưu tiên do tính đơn giản của nó. SiC MOSFETs không chỉ cho phép nhiều kiến trúc hai chiều trong lĩnh vực ứng dụng này, mà các đặc tính chuyển mạch vượt trội của chúng còn làm cho các giải pháp hiệu quả hơn, nhỏ gọn hơn và thậm chí rẻ hơn khi giá SiC tiếp tục giảm.

[1] Chendan Li, Sanjay Kumar Chaudhary, Josep M. Guerrero "Phân tích dòng công suất cho lưới điện hạ thế lai AC-DC được kiểm soát bằng phương pháp droop với impedance ảo," 2014 IEEE PES General Meeting | Conference & Exposition