High power density medium voltage photovoltaic grid-forming inverter with soft-switching

高功率密度软开关中压光伏并网逆变器

基本信息

  • 批准号:
    578504-2022
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 2.19万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    加拿大
  • 项目类别:
    Alliance Grants
  • 财政年份:
    2022
  • 资助国家:
    加拿大
  • 起止时间:
    2022-01-01 至 2023-12-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

The total installed photovoltaic (PV) capacity in Canada has reached to 2.4 GW in 2021, and it is projected to increase to almost 5 GW by 2040. To facilitate large-scale power conversion to electricity from PV energy, the power transmission network consists of a medium voltage (MV) AC grid that collects power from individual PV arrays. As the output voltage of the PV arrays is too low (e.g. 300-750V output) for effective long-distance power transmission, a line frequency (i.e. 60Hz) MV step-up transformer (such as the liquid-filled pad mount power transformer) is used to step up the output voltage to the MV level (> 20 kV). These step-up transformers, however, are bulky and heavy. Collaborating with Northern Transformer Corporation (NT), the goal of the proposed research partnership is to develop a fully integrated high power density PV step-up grid-forming inverter. In particular, a new multi-level based inverter topology that exhibits lossless switching characteristics over the entire power range will be investigated. The developed grid-forming control scheme will allow the proposed inverter topology to emulate as a virtual synchronous generation unit in the power grid, such that the devised topology will be able to: (1) provide fault-ride through capability to maintain normal unit operation during a voltage sag resulted from the grid faults; (2) provide grid frequency regulation to ensure system stability; (3) support seamless transition between grid-connected and islanded modes; and (4) perform output over current protection. NT is a leading manufacturer of liquid-filled power transformers in Ontario, it serves clients such as: Hydro One, Fortis, Toronto Hydro, Alectra, etc. With the significant reduction in size and weight of the proposed PV step-up inversion technology, it will be an ideal replacement for the conventional pad mounted step-up transformer used for PV energy conversion in the MV power grid. Successful development of the proposed transformer-less, step-up grid-forming power technology will provide NT a unique marketing opportunity to create revenue and capitalize on state-of-the-art power solutions for the global PV energy market.
加拿大的光伏总装机容量在2021年已达到2.4吉瓦,预计到2040年将增加到近5吉瓦。 为了促进从PV能量到电力的大规模功率转换,电力传输网络由从各个PV阵列收集功率的中压(MV)AC电网组成。 由于PV阵列的输出电压对于有效的长距离电力传输来说太低(例如,300- 750 V输出),所以使用线路频率(即,60 Hz)MV升压Transformer(例如,液体填充垫安装电力Transformer)来将输出电压升压到MV水平(> 20 kV)。 然而,这些升压变压器体积庞大且沉重。 与北方Transformer公司(NT)合作,拟议的研究伙伴关系的目标是开发一个完全集成的高功率密度光伏升压并网逆变器。 特别是,一个新的多电平逆变器拓扑结构,表现出无损开关特性在整个功率范围内将进行调查。 所开发的并网控制方案将允许所提出的逆变器拓扑仿真为电网中的虚拟同步发电单元,使得所设计的拓扑能够:(1)提供故障穿越能力,以在由电网故障引起的电压暂降期间维持单元的正常操作;(2)提供电网频率调节,以确保系统稳定性;(3)支持并网和孤岛模式之间的无缝转换;以及(4)执行输出过流保护。 NT是安大略领先的充液式电力变压器制造商,其客户包括:Hydro One、Fortis、多伦多Hydro、Alectra等。 随着所提出的PV升压逆变技术的尺寸和重量的显著减小,它将是用于MV电网中的PV能量转换的传统垫式升压Transformer的理想替代品。 成功开发拟议的无变压器、升压型并网发电技术将为NT提供一个独特的营销机会,为全球光伏能源市场创造收入并利用最先进的电力解决方案。

项目成果

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