دانلود پروپوزال طراحی اینورترهای توان بالا و مبدل های حالت جامد برای کاربردهای شبکه

شبکه‌های قدرت در سراسر جهان در حال تجربه یک دگرگونی بنیادین هستند. حرکت از یک مدل متمرکز مبتنی بر نیروگاه‌های بزرگ سوخت فسیلی به سمت یک سیستم غیرمتمرکز با درصد نفوذ بالای منابع انرژی تجدیدپذیر مانند خورشید و باد، چالش‌های بی‌سابقه‌ای را به وجود آورده است. در شبکه‌های سنتی، پایداری ولتاژ و فرکانس به طور ذاتی توسط ژنراتورهای سنکرون عظیم‌الجثه تأمین می‌شد که با اینرسی چرخشی خود، مانند یک لنگر عمل کرده و نوسانات را جذب می‌کردند. با جایگزینی این ژنراتورها با منابع تجدیدپذیر که از طریق مبدل‌های الکترونیک قدرت به شبکه متصل می‌شوند، اینرسی کل سیستم به شدت کاهش می‌یابد. این پدیده، شبکه را در برابر اغتشاشات و تغییرات ناگهانی بار یا تولید، بسیار آسیب‌پذیر می‌کند و می‌تواند منجر به افت کیفیت توان، نوسانات شدید فرکانس و در نهایت خاموشی‌های گسترده شود. بنابراین، مبدل‌های حالت جامد مدرن دیگر نمی‌توانند صرفاً دستگاه‌هایی منفعل برای تزریق توان باشند؛ آن‌ها باید به بازیگرانی فعال و هوشمند تبدیل شوند که به طور پویا در حفظ سلامت و پایداری شبکه مشارکت می‌کنند. این تجهیزات باید بتوانند خدماتی را که پیش از این توسط ژنراتورهای سنتی ارائه می‌شد، مانند تنظیم ولتاژ، پشتیبانی فرکانس و تأمین اینرسی مجازی، شبیه‌سازی و حتی بهبود بخشند. این تغییر پارادایم، حوزه طراحی و تحلیل این مبدل‌ها را به یکی از مهم‌ترین و پویاترین زمینه‌های تحقیقاتی در مهندسی قدرت تبدیل کرده است.

طراحی و تحلیل اینورترها و مبدل‌های مدرن برای کاربردهای شبکه، یک حوزه چند وجهی است که جنبه‌های سخت‌افزاری، نرم‌افزاری و کنترلی را به طور همزمان در بر می‌گیرد. از منظر سخت‌افزار، انتخاب توپولوژی یا معماری مبدل از اهمیت بالایی برخوردار است. برای کاربردهای ولتاژ و توان بالا، ساختارهای پیچیده‌تر مانند مبدل‌های چندسطحی ماژولار (MMC) جایگزین اینورترهای دو سطحی ساده شده‌اند. این معماری‌های نوین با تولید شکل‌موج خروجی بسیار باکیفیت، نیاز به فیلترهای حجیم و گران‌قیمت را کاهش داده و بازدهی سیستم را به طور قابل توجهی افزایش می‌دهند. علاوه بر این، پیشرفت در فناوری نیمه‌هادی‌ها، انقلابی در این حوزه ایجاد کرده است. استفاده از مواد نوین با باند گپ وسیع مانند کاربید سیلیسیم (SiC) و نیترید گالیم (GaN) به جای سیلیکون سنتی، امکان ساخت مبدل‌هایی با اتلاف انرژی بسیار کمتر، ابعاد فیزیکی کوچک‌تر و سرعت کلیدزنی بالاتر را فراهم می‌کند. اما قلب تپنده و هوش این سیستم‌ها در استراتژی‌های کنترل آن‌ها نهفته است. رویکردهای کنترلی از حالت سنتی “دنبال‌کننده شبکه” (Grid-Following) که در آن اینورتر به صورت منفعل به شبکه متصل است، به سمت استراتژی‌های پیشرفته “شکل‌دهنده شبکه” (Grid-Forming) در حال حرکت هستند. در این رویکرد جدید، اینورتر خود مانند یک ژنراتور ولتاژ ایده‌آل عمل کرده و به طور مستقل و فعال، ولتاژ و فرکانس پایدار را در نقطه اتصال خود ایجاد می‌کند و بدین ترتیب، نقش لنگر را برای پایداری بخش‌های دیگر شبکه ایفا می‌نماید. توسعه و تحلیل این الگوریتم‌های کنترلی هوشمند، کلید اصلی برای تضمین عملکرد پایدار شبکه‌های قدرت آینده با درصد نفوذ صد در صدی منابع تجدیدپذیر است.