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.