Mengapa sulit untuk meningkatkan tingkat tegangan?
Trafo padat (SST), juga dikenal sebagai trafo elektronik daya (PET), menggunakan tingkat tegangan sebagai indikator kunci dari kematangan teknologis dan skenario aplikasinya. Saat ini, SST telah mencapai tingkat tegangan 10 kV dan 35 kV di sisi distribusi menengah, sementara di sisi transmisi tekanan tinggi, masih berada pada tahap penelitian laboratorium dan validasi prototipe. Tabel di bawah ini menggambarkan dengan jelas status saat ini dari tingkat tegangan di berbagai skenario aplikasi:
| Skenario Aplikasi | Tingkat Tegangan | Status Teknis | Catatan dan Kasus |
| Pusat Data / Bangunan | 10kV | Aplikasi Komersial | Ada banyak produk yang matang. Misalnya, CGIC menyediakan SST 10kV/2.4MW untuk Pusat Data Gui'an "Timur Digital dan Barat Perhitungan". |
| Jaringan Distribusi / Demonstrasi Tingkat Taman | 10kV - 35kV | Proyek Demonstrasi | Beberapa perusahaan terkemuka telah meluncurkan prototipe 35kV dan melakukan demonstrasi penghubung jaringan, yang merupakan tingkat tegangan tertinggi yang diketahui untuk aplikasi teknik hingga saat ini. |
| Sisi Transmisi Sistem Tenaga | > 110kV | Prototipe Prinsip Laboratorium | Universitas dan institut penelitian (seperti Tsinghua University, Global Energy Internet Research Institute) telah mengembangkan prototipe dengan tingkat tegangan 110kV dan bahkan lebih tinggi, tetapi belum ada proyek komersial yang ditemukan hingga saat ini. |
1. Mengapa sulit untuk meningkatkan tingkat tegangan?
Tingkat tegangan trafo padat (SST) tidak dapat ditingkatkan hanya dengan menumpuk komponen; hal tersebut dibatasi oleh serangkaian tantangan teknis dasar:
1.1 Batasan ketahanan tegangan perangkat semikonduktor daya
Ini adalah botleneck inti. Saat ini, SST mainstream menggunakan IGBT berbasis silikon atau MOSFET karbida silikon (SiC) yang lebih canggih.
Peringkat tegangan perangkat SiC tunggal biasanya sekitar 10 kV hingga 15 kV. Untuk menangani tegangan sistem yang lebih tinggi (misalnya, 35 kV), beberapa perangkat harus dihubungkan secara seri. Namun, hubungan seri memperkenalkan masalah "penyeimbangan tegangan" yang kompleks, di mana perbedaan kecil antar perangkat dapat menyebabkan ketidakseimbangan tegangan dan mengakibatkan kegagalan modul.
1.2 Tantangan dalam teknologi isolasi trafo frekuensi tinggi
Keuntungan utama SST terletak pada pengurangan ukuran melalui operasi frekuensi tinggi. Namun, pada frekuensi tinggi, kinerja bahan isolasi dan distribusi medan listrik menjadi sangat kompleks. Semakin tinggi tingkat tegangan, semakin ketat persyaratan desain isolasi, proses manufaktur, dan manajemen termal trafo frekuensi tinggi. Mencapai isolasi frekuensi tinggi level puluhan kV dalam ruang terbatas mewakili tantangan signifikan dalam bahan dan desain.
1.3 Kompleksitas topologi sistem dan kontrol
Untuk menangani tegangan tinggi, SST biasanya mengadopsi topologi modular bertingkat (misalnya, MMC—Modular Multilevel Converter). Semakin tinggi tingkat tegangan, semakin banyak sub-modul yang diperlukan, mengarah ke struktur sistem yang sangat kompleks. Kesulitan kontrol meningkat secara eksponensial, dan biaya serta tingkat kegagalan juga meningkat sesuai.
2. Prospek Masa Depan
Meskipun ada tantangan signifikan, terus terjadi terobosan teknologi:
Kemajuan perangkat: Perangkat SiC dan nitrida galium (GaN) dengan peringkat tegangan lebih tinggi sedang dikembangkan dan merupakan fondasi untuk mencapai SST dengan tegangan lebih tinggi.
Inovasi topologi: Topologi sirkuit baru, seperti pendekatan hibrid (menggabungkan trafo konvensional dengan konverter elektronik daya), dianggap sebagai jalur yang layak untuk terobosan cepat dalam aplikasi tegangan tinggi.
Standardisasi: Sebagai organisasi seperti IEE-Business mulai menetapkan standar terkait SST, hal ini akan mendorong desain dan pengujian yang standar, mempercepat kematangan teknologi.
3. Kesimpulan
Saat ini, SST 10 kV telah memasuki aplikasi komersial, dan tingkat 35 kV mewakili tingkat tertinggi yang dicapai dalam proyek demonstrasi, sementara tingkat tegangan 110 kV dan di atasnya masih berada dalam ranah penelitian teknis yang maju. Kemajuan tingkat tegangan trafo padat adalah proses bertahap yang bergantung pada kemajuan koordinatif dalam semikonduktor daya, sains material, teori kontrol, dan teknologi manajemen termal.
