Từ Nghiên cứu đến Triển khai: Bước Nhảy Vọt trong Sự Phát triển của Máy Biến áp trạng thái Rắn tại Vương quốc Anh

I. Tổng quan về Biến áp trạng thái rắn (SST)

Biến áp trạng thái rắn (SST) là thiết bị chuyển đổi điện năng tiên tiến tích hợp bán dẫn công suất, biến áp tần số cao và mạch điều khiển.

So với các biến áp truyền thống, SST hỗ trợ chuyển đổi AC/AC, AC/DC và DC/DC, và có những ưu điểm như dòng điện hai chiều, điều khiển thông minh và thiết kế nhỏ gọn. Các cấu trúc chính của nó bao gồm một giai đoạn, hai giai đoạn (với liên kết LVDC hoặc HVDC) và ba giai đoạn, mỗi cấu trúc phù hợp với các kịch bản ứng dụng cụ thể.

II. Ưu điểm của SST

• Kích thước nhỏ gọn và trọng lượng nhẹ: Việc hoạt động ở tần số cao giảm thể tích lên đến 80%.

• Hiệu suất cao: Ít giai đoạn chuyển đổi và hỗ trợ kết nối trực tiếp DC.

• Tương thích với lưới điện thông minh: Cho phép theo dõi thời gian thực, điều chỉnh điện áp, bù công suất phản kháng và cách ly sự cố.

• Tích hợp với năng lượng tái tạo và lưu trữ năng lượng: Kết nối trực tiếp với hệ thống năng lượng mặt trời, gió và pin.

• Phù hợp với thị trường tăng trưởng nhanh: Như sạc nhanh cho xe điện, trung tâm dữ liệu và giao thông đường sắt.

III. Lĩnh vực ứng dụng

• Lưới điện: Tăng cường tính linh hoạt của lưới, hỗ trợ dòng điện hai chiều và tích hợp nguồn năng lượng phân tán.

• Sạc xe điện (EV): Cho phép sạc siêu nhanh (350kW+), chức năng Vehicle-to-Grid (V2G) và tích hợp trực tiếp năng lượng tái tạo.

• Giao thông đường sắt: Thay thế biến áp truyền thống, giảm trọng lượng và cải thiện hiệu suất.

• Trung tâm dữ liệu: Cải thiện hiệu quả năng lượng, giảm yêu cầu làm mát và hỗ trợ tích hợp năng lượng tái tạo.

• Hàng hải và hàng không: Đẩy mạnh quá trình điện hóa và giảm phát thải carbon.

IV. Thách thức kỹ thuật

• Chi phí cao: Chi phí của SST gấp 5-10 lần so với biến áp truyền thống.

• Vấn đề đáng tin cậy: Khả năng chịu đựng ngắn mạch yếu và các thiết bị bán dẫn dễ bị ảnh hưởng bởi áp lực điện.

• Sự can thiệp EMI: Chuyển đổi tần số cao gây ra nhiễu điện từ, đòi hỏi thiết kế bộ lọc phức tạp.

• Cách điện và quản lý nhiệt: Hiệu suất của vật liệu cách điện dưới tần số cao chưa được nắm vững hoàn toàn.

• Điều khiển cổng và bảo vệ: Thiết kế phức tạp, đòi hỏi cách ly và điều khiển chính xác.

V. Cơ hội thị trường tại Anh

• Hiện đại hóa lưới điện: Anh có khoảng 585.000 trạm biến áp, trong đó 230.000 trạm phân phối có thể được hưởng lợi từ SST.

• Mục tiêu năng lượng tái tạo: Mục tiêu năm 2030 bao gồm 50GW năng lượng gió ngoài khơi và 47GW năng lượng mặt trời.

• Cơ sở hạ tầng sạc EV: Dự kiến cần 300.000 cột sạc công cộng vào năm 2030, và thị trường sạc siêu nhanh có tiềm năng lớn.

• Điện hóa đường sắt: Khoảng 2.880 đầu máy chạy diesel sẽ được thay thế, và tiềm năng thị trường SST vượt quá £30 triệu.

• Sự phát triển của trung tâm dữ liệu: Nhu cầu điện năng tiếp tục tăng, và SST có thể cải thiện hiệu quả năng lượng và tính linh hoạt.

VII. Vai trò của CSA Catapult

• Cung cấp hỗ trợ kỹ thuật toàn diện cho SST, bao gồm thiết kế, mô phỏng và xác nhận mẫu thử.

• Đẫn dắt các dự án như ASSIST để thúc đẩy phát triển chuỗi cung ứng thiết bị Si điện áp cao trong nước của Anh.

• Có các năng lực cốt lõi bao gồm tối ưu hóa đa mục tiêu, đóng gói tiên tiến và quản lý nhiệt.