Waarom is dit moeilik om die spanningsvlak te verhoog?
Die vaste toestand transformator (SST), ook bekend as 'n krag elektroniese transformator (PET), gebruik spanningsvlak as 'n sleutel-aanduiding van sy tegnologiese volwassenheid en toepassings scenario's. Tans het SST's spanningsvlakke van 10 kV en 35 kV op die middelspannings verspreidingskant bereik, terwyl hulle op die hoëspannings oordragkant steeds in die fase van laboratoriumnavorsing en prototipe validering bly. Die tabel hieronder illustreer duidelik die huidige status van spanningsvlakke in verskillende toepassings scenario's:
| Toepassings Scenario | Spanningsvlak | Tegniese Status | Notas en Gevalle |
| Data Sentrum / Gebou | 10kV | Kommersele Toepassing | Daar is baie volwasse produkte. Byvoorbeeld, CGIC het 'n 10kV/2.4MW SST vir die "Oos Digitale en Wes Berekening" Gui'an Data Sentrum gegee. |
| Verspreidingsnetwerk / Park - vlak Demonstrasie | 10kV - 35kV | Demonstrasie Projek | Sommige vooraanstaande ondernemings het 35kV prototipes gelanseer en netwerk-gekoppelde demonstrasies uitgevoer, wat die hoogste tot dusver bekende ingenieursinsluitingsvlak is. |
| Oordragkant van Kragstelsel | > 110kV | Laboratorium Prinsip Prototipe | Universiteite en navorsingsinstitusies (soos Tsinghua Universiteit, Globale Energie Internet Navorsingsinstituut) het prototipes met spanningsvlakke van 110kV en selfs hoër ontwikkel, maar geen kommersele projekte is tot dusver gevind nie. |
1. Hoekom is dit moeilik om die spanningsvlak te verhoog?
Die spanningsvlak van 'n vaste toestand transformator (SST) kan nie eenvoudig deur komponente te stapel verhoog word nie; dit word beperk deur 'n reeks fundamentele tegniese uitdagings:
1.1 Spanningstoleransie beperking van krag halwegegelede toestelle
Dit is die kern bottelnek. Tans gebruik hoofstroom SST's silisium-gebaseerde IGBT's of meer gevorderde sikarbeen (SiC) MOSFET's.
Die spanningbeoordeling van 'n enkele SiC toestel is tipies om die 10 kV tot 15 kV. Om hoër stelselspannings (bv. 35 kV) te hanteer, moet meerdere toestelle in reeks verbonden word. Dit bring egter 'n komplekse "spanning-balansering probleem" met, waar selfs klein verskille tussen toestelle kan lei tot spanningonevenwichtigheid en resulteer in module-falings.
1.2 Uitdagings in hoëfrekwensie transformator isolasie tegnologie
Die kern voordeel van SST's lê in groottevermindering deur hoëfrekwensie bedryf. Onder hoë frekwensies word die prestasie van isolasie materiaal en elektriese veldverspreiding baie kompleks. Hoe hoër die spanningsvlak, hoe strenger die vereistes vir isolasieontwerp, vervaardigingsprosesse en termiese bestuur van die hoëfrekwensie transformator. Die bereiking van tientalle kV-vlak hoëfrekwensie isolasie binne 'n beperkte ruimte verteenwoordig 'n beduidende uitdaging in materiale en ontwerp.
1.3 Kompleksiteit van stelsel topologie en beheer
Om hoë spannings te hanteer, neem SST's tipies gekaskadeerde modulaire topologieë aan (bv. MMC—Modular Multilevel Converter). Hoe hoër die spanningsvlak, hoe groter die aantal submodules wat benodig word, wat lei tot 'n uitermate komplekse stelselstruktur. Beheer moeilikheid styg eksponensieel, en beide koste en foutekoers styg daarmee saam.
2. Toekomsperspektief
Ongeag die beduidende uitdagings, gaan tegnologiese deurbraaks voort:
Toestelvordering: Hoër-spanningsgerate SiC en gallium nitride (GaN) toestelle word ontwikkel en verteenwoordig die grondslag vir die bereiking van hoër-spannings SST's.
Topologie vernuw: Nuwe skakelingstopologieë, soos hibriede benaderings (konvensionele transformatore met krag elektroniese omskakelaars gekombineer), word beskou as 'n haalbare pad vir snelle deurbraaks in hoëspannings toepassings.
Standardisasie: As organisasies soos IEEE begin met die vestiging van SST-verwante standaarde, sal dit gestandaardiseerde ontwerp en toetsing bevorder, en tegnologiese volwassenheid versnel.
3. Konklusie
Tans het 10 kV SST's kommersele toepassing betree, en die 35 kV vlak verteenwoordig die hoogste vlak wat in demonstrasieprojekte bereik is, terwyl spanningsvlakke van 110 kV en hoër steeds in die gebied van vooruitskydende tegniese navorsing bly. Die vooruitgang van vaste toestand transformator spanningsvlakke is 'n geleidelike proses wat afhang van gekoördineerde vordering in krag halwegegelede, material wetenskap, beheerteorie en termiese bestuur tegnologieë.
