Шивани Наир — Однокаскадный модульный преобразователь MVAC в LVDC для центров обработки данных, H...

Шивани Наир — Одноступенчатый модульный преобразователь постоянного тока среднего напряжения (MVAC) в постоянный ток низкого напряжения (LVDC) для центров обработки данных, производства водорода и быстрой зарядки электромобилей Шивани Наир была выбрана лучшим докладчиком на сессиях «Диалог лабораторий» на ежегодной конференции CPES 2026 года. Научным руководителем этой работы, поддержанной в основном компанией Electric Hydrogen, был профессор CPES Ричард Чжан. Аннотация — Быстрый рост многомегаваттных приложений постоянного тока низкого напряжения (LVDC), включая центры обработки данных, электролизные установки для водорода и центры быстрой зарядки электромобилей (EV), приводит к переходу на распределение электроэнергии среднего напряжения (MVAC) в системах электроснабжения объектов. По мере роста спроса на электроэнергию входное напряжение объектов все чаще смещается в сторону переменного тока среднего напряжения класса 35 кВ для ограничения тока в фидерах и нагрузки на распределительную сеть. Со стороны нагрузки постоянный рост мощности на уровне стоек также ускоряет интерес к распределению постоянного тока низкого напряжения класса 800 В, особенно в системах электроснабжения центров обработки данных. Несмотря на эти тенденции, мощные нагрузки LVDC по-прежнему обычно подключаются к фидерам MVAC через традиционные архитектуры входного каскада, основанные на трансформаторах линейной частоты (LFT) и многоступенчатых преобразователях мощности. Хотя эти архитектуры и являются зрелыми, они обеспечивают раннее преобразование в низкое напряжение, тем самым перенося значительную часть обработки мощности на более высокие токи. Многоступенчатые преобразователи и добавление пассивных накопителей энергии увеличивают тепловую нагрузку, занимаемую площадь и стоимость, ограничивая дальнейшее повышение эффективности и удельной мощности. В качестве альтернативы в данной статье предлагается одноступенчатая модульная архитектура прямого преобразователя мощности MVAC в LVDC, которая объединяет понижение напряжения, гальваническую развязку и выпрямление в одном высокочастотном преобразователе мощности. Преобразователь реализован в виде массива однофазных ячеек, масштабированных соответствующим образом для снижения напряжения и тока на уровне ячеек. Он также минимизирует требования к внешнему накопителю энергии за счет рекомбинации однофазной пульсационной мощности на общей шине LVDC, уменьшения выходной емкости и исключения дискретных выходных фильтрующих индукторов за счет интегрированных магнитных компонентов. Для иллюстрации и проверки принципов архитектуры с помощью моделирования на системном уровне используется эталонная модель, демонстрирующая систему преобразования переменного тока 35 кВ в постоянный ток 800 В мощностью 100 МВт, основанную на модулях мощностью 1 МВт с коммерчески доступными SiC MOSFET-транзисторами 3,3 кВ или GaN MBDS-транзисторами 650 В. Ключевые слова: преобразователи переменного тока в постоянный, центры обработки данных, высокочастотные трансформаторы, среднее напряжение, коррекция коэффициента мощности.