Biến áp trạng thái rắn so với biến áp truyền thống: Giải thích về ưu điểm và ứng dụng

Biến áp trạng thái rắn (SST), còn được gọi là biến áp điện tử công suất (PET), là thiết bị điện tĩnh tích hợp công nghệ chuyển đổi điện tử công suất với chuyển đổi năng lượng tần số cao dựa trên cảm ứng điện từ. Nó biến đổi năng lượng điện từ một tập hợp các đặc tính điện năng thành một khác. SST có thể tăng cường độ ổn định của hệ thống điện, cho phép truyền tải điện linh hoạt và phù hợp cho các ứng dụng lưới điện thông minh.

Các biến áp truyền thống gặp phải những nhược điểm như kích thước lớn, trọng lượng nặng, nhiễu lẫn giữa phía lưới điện và phía tải, và thiếu khả năng lưu trữ năng lượng, khiến chúng ngày càng không thể đáp ứng nhu cầu thị trường về vận hành hệ thống điện ổn định và an toàn. Trái lại, biến áp trạng thái rắn nhỏ gọn và nhẹ, cung cấp khả năng điều khiển linh hoạt dòng điện sơ cấp, điện áp thứ cấp và luồng điện. Chúng cải thiện chất lượng điện và có ưu điểm rõ ràng trong việc giải quyết sự cố điện áp, đảm bảo vận hành hệ thống ổn định, và cho phép truyền tải điện linh hoạt. Ngoài ngành công nghiệp điện, SST có thể được áp dụng trong xe điện, thiết bị y tế, xử lý hóa chất, hàng không vũ trụ và lĩnh vực quân sự.

Đặc điểm

Biến áp điện tử là thiết bị chuyển đổi điện năng mới. Ngoài các chức năng cơ bản của biến áp điện truyền thống - biến đổi điện áp, cách ly điện và chuyển tiếp năng lượng - nó còn cung cấp các khả năng bổ sung như điều chỉnh chất lượng điện, điều khiển luồng điện và bù công suất phản kháng. Các chức năng nâng cao này được thực hiện thông qua việc tích hợp công nghệ chuyển đổi điện tử công suất và công nghệ điều khiển tiên tiến, cho phép thao tác linh hoạt đối với biên độ và pha của điện áp và dòng điện ở cả phía sơ cấp và thứ cấp. Do đó, luồng điện có thể được kiểm soát chính xác theo yêu cầu của hệ thống, cho phép truyền tải điện ổn định và linh hoạt hơn. SST có thể giải quyết nhiều thách thức trong các hệ thống điện hiện đại và do đó có triển vọng ứng dụng rộng rãi.

So với biến áp điện truyền thống, PET có các đặc điểm sau:

• Kích thước nhỏ gọn và trọng lượng nhẹ;

• Vận hành bằng làm mát không khí mà không cần dầu cách điện, giảm ô nhiễm môi trường, đơn giản hóa bảo trì và cải thiện an toàn;

• Có khả năng cung cấp biên độ điện áp đầu ra ổn định ở phía thứ cấp;

• Cải thiện chất lượng điện với dòng điện đầu vào và điện áp đầu ra hình sin, có khả năng đạt hệ số công suất 1. Cả điện áp và dòng điện ở phía sơ cấp và thứ cấp đều có thể điều khiển, cho phép điều chỉnh tùy ý hệ số công suất;

• Chức năng ngắt mạch tích hợp - các thiết bị bán dẫn công suất cao có thể ngắt dòng điện lỗi trong vòng vài micro giây, loại bỏ nhu cầu sử dụng rơle bảo vệ riêng biệt.

Ngoài ra, biến áp điện tử công suất cung cấp các chức năng độc đáo, chẳng hạn như: cải thiện độ tin cậy nguồn điện khi kết nối với pin; khả năng thực hiện chuyển đổi pha đặc biệt (ví dụ: từ ba pha sang hai pha hoặc từ ba pha sang bốn pha); và khả năng cung cấp đồng thời cả đầu ra AC và DC. Trong một nghiên cứu được đề cập, các tác giả đã thực hiện so sánh mô phỏng giữa biến áp điện truyền thống và biến áp điện tử công suất tự cân bằng dưới năm điều kiện vận hành khác nhau.

Kết quả mô phỏng cho thấy PET có đặc tính đầu vào và đầu ra vượt trội dưới chế độ vận hành đầy tải, mạch một pha mở ở phía điện áp thấp, ngắn mạch ba pha, điện áp không cân bằng ba pha ở phía điện áp cao, và ô nhiễm hài. PET hiệu quả cách ly sự mất cân bằng hoặc nhiễu loạn ở một bên khỏi ảnh hưởng đến bên kia, chứng tỏ hiệu suất tốt hơn đáng kể so với biến áp truyền thống.