固体変圧器 vs 伝統的な変圧器：利点と応用について説明

固体変圧器（SST）、またはパワーエレクトロニクス変圧器（PET）は、電力電子変換技術と高周波エネルギー変換を統合した静的な電気機器です。これは、ある電力特性から別の電力特性へと電気エネルギーを変換します。SSTは、電力システムの安定性を向上させ、柔軟な電力伝送を可能にし、スマートグリッドアプリケーションに適しています。

従来の変圧器は、サイズが大きく重い、グリッド側と負荷側の相互干渉、エネルギー貯蔵能力の欠如などの欠点があり、安定かつ安全な電力システム運転に対する市場要求を満たすことが難しくなっています。一方、固体変圧器はコンパクトで軽量であり、一次電流、二次電圧、および電力フローを柔軟に制御することができます。これにより、電力品質が向上し、電圧擾乱への対処、システム運転の安定化、柔軟な電力伝送において明確な利点があります。電力産業以外にも、電気自動車、医療機器、化学プロセス、宇宙航空、軍事分野での応用が可能です。

特長

電子変圧器は新しい電力変換装置です。従来の電力変圧器の基本機能である電圧変換、電気絶縁、エネルギー伝送に加えて、電力品質調整、電力フロー制御、無効電力補償などの追加機能も提供します。これらの強化された機能は、電力電子変換と高度な制御技術を組み込むことで可能となり、一次側と二次側の電圧と電流の振幅と位相を柔軟に操作することができます。その結果、システム要件に応じて電力フローを正確に制御することが可能になり、より安定かつ柔軟な電力伝送を実現します。SSTは現代の電力システムにおける多くの課題に対処することができ、そのため広範な応用可能性を持っています。

従来の電力変圧器と比較して、PETは以下の特性を提供します：

• 小型で軽量；

• 空冷運転で絶縁油が不要であり、環境汚染を減らし、メンテナンスを簡素化し、安全性を向上させる；

• 二次側で一定の出力電圧振幅を提供する能力；

• 正弦波形の入力電流と出力電圧により、電力係数1.0を達成可能。一次側と二次側の電圧と電流は制御可能であり、任意の電力係数の調整が可能；

• 内蔵の遮断器機能—大電力半導体デバイスが数マイクロ秒以内に故障電流を遮断でき、別途保護継電器が不要となる。

さらに、パワーエレクトロニクス変圧器は、バッテリー接続時の供給信頼性の向上、特殊な位相変換（例：三相から二相や三相から四相）、交流と直流の同時出力といったユニークな機能を提供します。参照研究では、著者らは5つの異なる運転条件下で従来の電力変圧器と自己バランス型パワーエレクトロニクス変圧器とのシミュレーション比較を行いました。

シミュレーション結果は、PETが全負荷定格運転、低電圧側の一相開路、三相短絡、高電圧側の非平衡三相電圧、および高調波汚染下で優れた入力と出力特性を示すことを示しています。PETは、一方側の不均衡または擾乱が他方側に影響を与えることを効果的に防ぎ、従来の変圧器よりも大幅に優れた性能を示しています。