От изследване до приложение: Скока в иновациите в развитието на твърдотелния трансформатор във Великобритания
I. Общ преглед на твърдотелните трансформатори (SST)
Твърдотелният трансформатор (SST) е напреднал преобразувателен апарат, който интегрира силни полупроводници, високочестотни трансформатори и контролни схеми.
В сравнение с традиционните трансформатори, SST поддържа преобразувания AC/AC, AC/DC и DC/DC, и има предимства като двупосочен поток на мощност, интелигентно управление и компактен дизайн. Неговите основни топологии включват едноетапна, двеетапна (с LVDC или HVDC връзки) и триетапна структура, всяка от които е подходяща за конкретни приложения.
II. Предимства на SST
Компактен размер и лекост: Високочестотната работа намалява обема до 80%.
Висока ефективност: Малко преобразувателни етапи и поддръжка за пряк DC контакт.
Съвместимост с умната мрежа: Позволява реално време наблюдение, регулиране на напрежението, компенсация на реактивната мощност и изолация на дефектите.
Интеграция със зелена енергия и системи за съхранение на енергия: Директно свързва слънчеви, ветроенергийни и батерийни системи.
Подходящ за растящи пазари: Такива като бързо зареждане на електромобили, центрове за данни и железопътни транспорт.
III. Областите на приложение
Електрическа мрежа: Подобрява гъвкавостта на мрежата, поддържа двупосочен поток на мощност и интегрира разпределени енергийни ресурси.
Зареждане на електромобили (EV): Позволява ултра-бързо зареждане (350kW+), функционалност Vehicle-to-Grid (V2G) и директна интеграция на възобновяема енергия.
Железопътен транспорт: Заменя традиционните тракционни трансформатори, намалява теглото и подобрява ефективността.
Центрове за данни: Подобрява енергийната ефективност, намалява нуждите за охлаждане и поддържа интеграцията на възобновяема енергия.
Морски и авиационни: Подкрепя трансформацията към електрификация и намаляване на въглеродните емисии.
IV. Технически предизвикателства
Висока цена: Стоимостта на SST е 5–10 пъти по-висока от тази на традиционните трансформатори.
Проблеми с надеждността: Слаба способност за издържане на краткосрочни замръзване, а полупроводниковите устройства са чувствителни към напрежението.
ЕМИ интерференция: Високочестотното комутиране причинява електромагнитна интерференция, което изисква комплексен филтриращ дизайн.
Изоловащо и термално управление: Производителността на изолиращите материали при високи честоти не е напълно овладяна.
Управление на врати и защита: Дизайнът е сложен, изисква изолация и високоточна контрола.
V. Пазарни възможности във Великобритания
Модернизация на мрежата: Великобритания разполага с около 585,000 трансформаторни станции, от които 230,000 разпределителни трансформаторни станции могат да се възползват от SST.
Цели за възобновяема енергия: Целите за 2030 година включват 50GW офшорна вятърна енергия и 47GW слънчева енергия.
Инфраструктура за зареждане на електромобили: Оценяват се, че до 2030 година ще са необходими 300,000 обществени зарядни точки, а пазарът за ултра-бързо зареждане има огромен потенциал.
Електрифициране на железниците: Приблизително 2,880 дизелови локомотиви трябва да бъдат заменени, а пазарният потенциал на SST надхвърля £30 милиона.
Ръст на центровете за данни: Изискванията за енергия продължават да растат, а SST може да подобри енергийната ефективност и гъвкавостта.
VII. Ролята на CSA Catapult
Предлага пълен технически поддръжка за SST, включително проектиране, моделиране и прототипна верификация.
Ръководи проекти като ASSIST, за да насърчи развитието на домакинската високонапреженска Si устройствена верига на доставка във Великобритания.
Разполага със съществени способности, включително многократна оптимизация, напреднал упаковъчен дизайн и термално управление.
