Teknologi SST: Analisis Lengkap dalam Pembangkitan Pengiriman Distribusi dan Konsumsi Listrik

I. Latar Belakang Penelitian

Kebutuhan Transformasi Sistem Tenaga Listrik

Perubahan struktur energi menuntut sistem tenaga listrik yang lebih tinggi. Sistem tenaga listrik tradisional sedang beralih menuju sistem tenaga listrik generasi baru, dengan perbedaan inti antara keduanya diuraikan sebagai berikut:

Ⅱ. Aplikasi Inti dari Transformer Padat (SST)

Dalam latar belakang sistem tenaga baru, dukungan aktif, regulasi integrasi jaringan, interkoneksi fleksibel, dan interaksi pasokan-permintaan telah menjadi persyaratan kunci untuk komplementaritas energi spasial-temporal. SST menembus semua tahap—pembangkitan, transmisi, distribusi, dan konsumsi—dengan aplikasi spesifik sebagai berikut:

• Sisi Pembangkitan:Konverter grid-tied langsung, peralatan pembentuk grid, transformer DC tegangan menengah untuk integrasi angin, surya, dan penyimpanan.

• Sisi Transmisi:Transformer distribusi DC tegangan menengah dan tinggi, perangkat interkoneksi DC fleksibel.

• Sisi Distribusi:Unit interkoneksi fleksibel tegangan menengah dan rendah, transformer elektronik daya (PET) distribusi fleksibel, transformer DC untuk transportasi listrik.

• Sisi Konsumsi:Sumber daya DC untuk produksi hidrogen/aluminium, sistem pengisian langsung, sumber daya pusat data langsung.

(1) Traction Kereta Api — PETT 25kV

Sistem konverter berbasis SST adalah peralatan inti untuk membangun jaringan tenaga generasi berikutnya.

Pencapaian Teknis Kunci:

• Konversi topologi frekuensi tinggi dengan isolasi tinggi dan teknologi transformer daya tinggi frekuensi tinggi

• Teknologi tegangan tinggi (AC25kV langsung) dan isolasi tinggi dalam desain kompak (tegangan tahan: 85kV/1min)

• Adaptasi terhadap lingkungan dengan dampak dan getaran yang kuat, pendinginan fasa-ubah yang efisien

• Topologi dan teknik penggerak konversi frekuensi tinggi dan efisien, kontrol modulasi frekuensi tinggi dengan perpindahan halus

Hasil Aplikasi:

• Terpasang dan diuji pada EMU 140 km/jam pada tahun 2020, mengeluarkan DC1800V

• Efisiensi nominal 96,7% (2% lebih tinggi dari sistem yang ada), peningkatan kepadatan daya sebesar 20%

• Pihak grid sepenuhnya dikendalikan memungkinkan penyaringan aktif, kompensasi daya reaktif, arus magnetisasi inrush nol dan tidak ada kerugian siaga

• Produk 25kV-SST pertama di dunia yang mencapai pengujian dinamis kendaraan

(2) Penyediaan Tenaga Kereta Kota — Router Energi Multi-port untuk Sistem Metro

Desain Inti:
Struktur terisolasi empat port yang mendukung tenaga traksi, tenaga bantu, penyimpanan energi, dan integrasi PV.

Teknologi Kunci:

• Topologi sirkuit LLC dua tingkat berbasis IGBT

• Topologi sirkuit DAB berbasis SiC dengan konfigurasi DC seri-paralel

• Teknologi switch lunak untuk perangkat daya (efisiensi cabang ≥98,5%)

• Transformer 12-pulse bersama yang terhubung ke grid AC, menghilangkan arus sirkulasi saat diparalelkan dengan rectifier dioda

Keuntungan Aplikasi:

• Menghilangkan transformer regeneratif frekuensi garis yang besar; ukuran lebih kecil 26%, mengurangi ruang pemasangan dan biaya konstruksi

• Tidak ada kerugian no-load transformer, memungkinkan retrofitting jalur yang ada

• Mengintegrasikan rektifikasi, umpan balik energi, kompensasi reaktif, dan penyaringan harmonisa untuk kontrol aliran daya multi-port yang tepat

(3) Pengisian & Pergantian Baterai — SST 10kV Langsung Terhubung untuk Pengisian EV

Konfigurasi Sistem:

• Koneksi langsung tegangan menengah 10kV, kapasitas 1MVA: 1 modul pengisian langsung + 2 modul jaringan bus bersama

• Dikonfigurasi dengan pengisian super cepat 300kW dan enam pengisi cepat 120kW; kompatibel dengan integrasi PV-penyimpanan dan koneksi grid tegangan menengah

Fungsi Inti:

• Mengintegrasikan transformer dan modul pengisian; regulasi voltase jangkauan lebar memungkinkan pengisian langsung, efisiensi sistem ≥97% (puncak 98,3%)

• Memberikan dukungan grid dan manajemen kualitas daya, memungkinkan interaksi V2G (vehicle-to-grid) dan G2V (grid-to-vehicle) dua arah

(4) Penyediaan Tenaga Taman — Router Energi Taman Rendah Karbon (Integrasi PV-Penyimpanan-Pengisian)

Arsitektur Sistem:
Router energi berbasis SST koneksi langsung 10kV, dengan port AC10kV dan DC750V, dengan penyimpanan baterai, antarmuka pengisian DC, dan perangkat perlindungan DC di sisi output.

Konfigurasi Inti:
Kabinet SST 315kW, 976,12kWp PV, penyimpanan energi 0,5MW/1,3MWh, 10 stasiun pengisian DC.

Nilai Aplikasi:

• Mengurangi biaya listrik melalui pembangkitan PV dan arbitrase puncak penyimpanan energi

• Menurunkan permintaan kapasitas stasiun, mengurangi dampak jaringan, dan menawarkan skalabilitas yang luar biasa

• Kombinasi "sirkuit pemutus DC padat + sakelar pemutus" di sisi output memastikan isolasi kesalahan untuk stasiun penyimpanan dan pengisian daya

(5) Integrasi Energi Terbarukan — Router Energi DC/DC untuk PV-ke-Hidrogen

Parameter Inti:

• Konverter DC/DC terisolasi 5MW: input DC800–1500V, output DC0–850V, terhubung ke busbar elektrolisis hidrogen

• Kapasitas kabinet tunggal: 3/6MVA, dapat ditingkatkan dari 3–20MVA; tegangan output dapat disesuaikan dengan DC0–1300V/2000V

Keunggulan Teknis:

• Mengurangi tahap konversi dibandingkan transmisi AC; efisiensi keseluruhan 96%–98%

• Trafo DC terisolasi frekuensi tinggi dengan topologi seri-paralel yang fleksibel, cocok untuk PV, penyimpanan, tenaga kereta api, produksi hidrogen/aluminium

• Platform modular, dapat dikonfigurasi sesuai dengan kebutuhan jaringan DC industri yang beragam

(6) Optimalisasi Jaringan Distribusi

Perangkat Interkoneksi Fleksibel Tegangan Menengah dan Rendah:

• Mengatasi ketidakseimbangan beban, peningkatan PV terdistribusi, ekspansi pengisi daya EV, dan peningkatan keandalan

• Operasi normal: interkoneksi jaringan asinkron dengan kontrol aliran daya aktif/reaktif, integrasi energi terbarukan yang ditingkatkan, dan isolasi kualitas daya

• Kondisi kesalahan: isolasi cepat dan perubahan otomatis untuk mencegah pemadaman

Sistem Penyimpanan Energi Terhubung Langsung 10kV:

• Koneksi jaringan menengah/tinggi mengurangi kerugian garis

• Konversi dua tahap memungkinkan regulasi tegangan yang luas

• Konfigurasi PCS dan baterai moduler

• Kapasitas yang lebih fleksibel dibandingkan topologi H-bridge bertingkat, memastikan keamanan isolasi baterai dan kontrol aliran daya seluruh rantai

(7) Koneksi Jaringan di Sisi Pembangkit — Antarmuka Jaringan Baru PV Terhubung Langsung 10kV

Fitur Teknis:

• Isolasi frekuensi tinggi + topologi rangkaian utama CHB bertingkat

• Kapasitas: N×315kVA (dapat ditingkatkan), output kompatibel dengan sistem 1500V, efisiensi >98.3%

Keunggulan Inti:

• Koneksi langsung tegangan menengah dengan DC-DC terisolasi melakukan MPPT (Pelacakan Titik Daya Maksimum) dan isolasi/regulasi tegangan

• Arsitektur dua tahap yang disederhanakan, sangat efisien; merespons langsung terhadap tuntutan jaringan pada level 10kV

• Dapat diterapkan pada skenario PV terdistribusi industri, komersial, dan pedesaan

(8) Sisi Beban — Pasokan Listrik Pusat Data Berbasis SST

Solusi Koneksi Langsung 10kV:

• Daya 2.5MW (315kW × 8), efisiensi sistem 98.3%, menggunakan konversi terisolasi frekuensi tinggi

• Jaringan cincin DC 400V di sisi DC

• Kontrol PWM penuh mencapai faktor daya sisi jaringan >0.99, harmonisa <3%

Prospek Masa Depan

Berpusat pada jaringan distribusi AC/DC, diperluas ke energi terbarukan, transportasi, pasokan listrik, manajemen energi, dan perlindungan kesalahan, SST memungkinkan solusi sistem terintegrasi yang mencakup:

• Pasokan listrik hibrid AC/DC

• Integrasi sumber-jaringan-beban-penyimpanan

• Manajemen energi yang dioptimalkan dan penjadwalan aliran daya
  Mendukung pembangunan sistem listrik generasi berikutnya.

III. Tantangan Aplikasi dan Diskusi

(1) Tantangan Kompatibilitas Perlindungan Relai
Diperlukan penelitian tentang kompatibilitas antara trafo elektronika daya dan sistem distribusi tradisional, terutama untuk kesalahan pendek, tanah, dan putus. Harus ditetapkan strategi kontrol yang jelas selama melewati kesalahan dan mekanisme koordinasi untuk perlindungan relai.

(2) Tantangan Integrasi Penjadwalan, Manajemen, dan Pemantauan
Penggunaan luas peralatan elektronika daya baru menimbulkan masalah adaptasi dalam penjadwalan dan pemantauan, memerlukan solusi untuk tiga kebutuhan inti:

• • Aturan Penjadwalan & Mekanisme Pasar: Logika tradisional "sumber-mengikuti-beban" tidak dapat menampung interaksi bidirectional "beban-sumber-jaringan". Mekanisme pasar aliran daya multidireksional harus dikembangkan.

  • Standardisasi & Interoperabilitas: Protokol antarmuka perangkat yang beragam menyebabkan interoperabilitas yang buruk di antara vendor. Protokol komunikasi standar dan set perintah kontrol harus dipromosikan.

  • Penjadwalan Koordinasi Antar Wilayah: Interkoneksi fleksibel memecah batas-batas zona tradisional. Kerangka alokasi tanggung jawab yang terpadu, berbagi cadangan, dan penjadwalan koordinasi antar wilayah harus dibentuk.

  Tantangan-tantangan ini memerlukan standar yang terpadu dan mekanisme eksekusi pemantauan untuk diselesaikan.