Приложения на високомощни двупосочни захранващи устройства

Въведение: Над простия захранващ източник

Когато обсъждаме преобразуването на електрическа мощност в съвременните технологии, определен клас устройства се отличава със своята универсалност и сложност: високомощни двупосочни източници на захранване. В отличие от традиционните източници на захранване, които само подават енергия, тези напреднали устройства действат като интелигентни центрове за размяна на енергия. Те могат както да подават, така и да поглъщат значителни количества мощност с висока точност, което ги прави незаменими инструменти в специфични, високорискови процеси за разработка и валидиране. Макар производителите да проектират тези сложни енергийни блокове, критичната задача за осигуряване на тяхната производителност, безопасност и надеждност при реалистични и изискващи условия лежи върху специализираните решения за изпитания и измервания. Тук именно дълбоката експертиза в методиките за изпитване на високомощни устройства става от решаващо значение

Основна функция: Какво точно прави?

В основата си високомощният двупосочен източник на захранване е напълно управляем усилвател с четири квадранта. По-просто казано, той може да работи не само като източник на захранване (подаващ ток и напрежение), но и като електронно натоварване (поглъщащ ток и напрежение). Този двупосочен поток на енергия му позволява да симулира както режимите на захранване, така и на регенерация. Например, той може да захранва устройство за изпитване (DUT) и след това безпроблемно да поглъща енергията, която DUT може да върне обратно — например по време на спиране на електромотор за електрическо превозно средство или при разреждане на батерийен пакет. Тази функционалност е от решаващо значение за създаването на затворени, реалистични изпитателни среди, без да се губи огромно количество енергия.

Основна област на приложение: превозни средства с нови енергийни източници (NEV) и екосистемата на батериите

Най-изявеното и изискващо приложение, което подтиква нуждата от изпитания с високомощни двупосочни източници на захранване, е секторът на превозните средства с нови енергийни източници (NEV) и свързаната с тях инфраструктура.

• Изпитания на електрически трансмисии и компоненти за електромобили тяговите инвертори, двигателите за задвижване и бордните зарядни устройства (OBC) по своята същност са двупосочни. Те преобразуват постояннотоковото напрежение от батерията в променливотоково напрежение за двигателя и обратно – по време на рекуперативно спиране. Изчерпателното тестване изисква тестова система, която може да симулира батерията (режим на източник) и да поглъща рекуперирания електрически ток (режим на товар), като извършва точни и високоскоростни измервания на ефективността, динамичния отклик и издръжливостта. Надеждна тестова платформа потвърждава, че тези компоненти отговарят на строгите автомобилни стандарти за производителност и безопасност.
• Тестване на системи за съхранение на енергия (ESS) и стационарни батерии голямата мощност на батерийните банки за съхранение в електрическата мрежа или за резервно захранване изисква тестване както на способността им да приемат заряд, така и на способността им да разтоварват при различни профили. Тестова система, способна на двупосочен поток на мощност, е от съществено значение за тестване на цикловия живот, имитация на реалното взаимодействие с електрическата мрежа (например регулиране на честотата) и оценка на ефективността на цялата верига за преобразуване на мощност (PCS – Power Conversion System). Точността и стабилността на тестовото оборудване директно корелират с валидираните твърдения относно цикловия живот и производителността на системата за съхранение на енергия (ESS).

Разширяване на граници: напреднали изследвания и технологии за крайните точки на електрическата мрежа

Освен основните приложения в областта на електромобилите (EV) и системите за съхранение на енергия (ESS), приложението се разширява и към предни линии на научноизследователската и развойна дейност.

• Симулация на микромрежи и разпределени енергийни ресурси (DER) изследователите, които разработват алгоритми за управление на микрогридове, трябва да симулират различни източници на енергия (слънчева, вятърна) и натоварвания в лабораторни условия. Високомощен двупосочен източник на електрическа енергия, интегриран в тестова система, може динамично да имитира тези източници и потребители, което позволява валидиране на софтуера за стабилност на мрежата и управление на енергията при контролирани, но реалистични условия на електрически поток.
• Тестване на водородни горивни клетки и електролизери водородната икономика включва устройства, които или консумират електрическа енергия за производство на водород (електролизери), или генерират електрическа енергия от водород (горивни клетки). Тестването на тези системи, особено на техните интерфейси за силова електроника, изисква платформа, способна да работи с двупосочна електрическа мощност, за да се симулират различни режими на работа и да се извърши картиране на ефективността в целия входящ/изходящ диапазон.

Ключовият мост: Специализирани тестови решения за силова електроника

Внедряването на изпитания, включващи двупосочни захранващи устройства с висока мощност, не е лека задача. То изисква повече от само мощното хардуерно оборудване. Необходимо е пълно, интегрирано изпитателно решение, проектирано за точност, безопасност и цялостност на данните. Основните предизвикателства включват:

• Точно измерване при висока мощност : Точно измерване на напрежение, ток и мощност с висока честотна лента при стотици киловатове или мегаватове е специализирана дисциплина. То изисква калибрирани измервателни подсистеми, които са устойчиви на шум от превключване при висока мощност.
• Последователност за безопасност и защита : Изпитването на устройства с висока мощност носи вродени рискове. Професионалната изпитателна система включва многослойни хардуерни и софтуерни сигурностни блокировки, напреднали защитни вериги (срещу прекомерно напрежение, прекомерен ток, къси съединения) и безотказни последователности за защита както на ценния изпитван обект (DUT), така и на изпитателното оборудване.
• Симулация на динамични профили и събиране на данни реалните условия не са статични. Тестващата система трябва да може да програмира и изпълнява сложни, преходни профили на мощност (напр. автомобилни цикли на движение, симулации на аварии в електрическата мрежа), като едновременно с това събира голямо количество данни за производителността, предназначени за анализ. Това обикновено се постига чрез специализирани и надеждни комуникационни протоколи, базирани на Ethernet (напр. IEEE 488, TCP/IP), които осигуряват надежден и бърз контрол.

Заключение: Сътрудничество с експерти за по-голяма сигурност при валидирането

Еволюцията на силовата електроника към двупосочни приложения с висока мощност представлява значителен технологичен скок. Валидирането на компонентите и системите, които използват двупосочни източници на висока мощност, е сложна задача, която представлява основата на надеждността на продуктите и техническата им иновативност. Успехът в тази област зависи от сътрудничество с експерти по изпитания, които притежават не само необходимите технологични инструменти, но и дълбоки познания за приложението и стриктен процедурен подход, за да се осигури доверие в резултатите от изпитанията ви. Именно чрез този внимателен процес на валидиране по-безопасните, по-ефективни и по-надеждни технологии за управление на енергия достигат пазара.