Неге нап жөндеу деңгейін арттыру қиын?
Твердотельный трансформатор (SST), также известный как силовой электронный трансформатор (PET), использует уровень напряжения в качестве ключевого индикатора его технологической зрелости и областей применения. В настоящее время SST достигли уровней напряжения 10 кВ и 35 кВ на стороне среднего напряжения распределительных сетей, тогда как на стороне высоковольтной передачи они остаются на стадии лабораторных исследований и прототипирования. Таблица ниже четко иллюстрирует текущее состояние уровней напряжения в различных областях применения:
| Область применения | Уровень напряжения | Техническое состояние | Примечания и примеры |
| ЦОД / Здание | 10 кВ | Коммерческое применение | Существует множество зрелых продуктов. Например, CGIC предоставил 10 кВ/2,4 МВ SST для центра данных "Восточное вычисление и западная обработка" в Гуйань. |
| Распределительная сеть / Демонстрационный проект уровня парка | 10 кВ - 35 кВ | Демонстрационный проект | Некоторые ведущие предприятия запустили прототипы на 35 кВ и провели демонстрацию подключения к сети, что является самым высоким уровнем напряжения, известным для инженерного применения на данный момент. |
| Сторона передачи электроэнергетической системы | > 110 кВ | Лабораторный принципиальный прототип | Университеты и научно-исследовательские институты (например, Цинхуа, Global Energy Internet Research Institute) разработали прототипы с уровнями напряжения 110 кВ и выше, но пока не найдено коммерческих проектов. |
1. Почему сложно повышать уровень напряжения?
Уровень напряжения твердотельного трансформатора (SST) нельзя просто повысить, добавляя компоненты; он ограничен рядом фундаментальных технических проблем:
1.1 Ограничение по выдерживаемому напряжению силовых полупроводниковых устройств
Это основное узкое место. В настоящее время主流SST使用基于硅的IGBT或更先进的碳化硅（SiC）MOSFET。单个SiC器件的电压等级通常在10 kV到15 kV之间。为了处理更高的系统电压（例如，35 kV），必须串联多个器件。然而，串联引入了复杂的“电压平衡问题”，即使器件之间的微小差异也可能导致电压不平衡并导致模块故障。
Бұл негізгі бөлшектер. Азықта, SST-тер силициумдың IGBT-терін немесе дамыған силициум карбидінің (SiC) MOSFET-терін пайдаланады.
Бір SiC құрылғының напруга деңгейі жалпысынан 10 кВ мен 15 кВ аралығында. Жоғары деректер системасын (мисалы, 35 кВ) өңдеу үшін бірнеше құрылғыларды сериялық түрде қосу керек. Бірақ, сериялық байланыс күрделі "напруга теңсіздігі" проблемасын енгізеді, құрылғылар арасындағы даңғы айырмашылықтар да модульдің оңтайлықтырушылығына әкелуге мүмкіндік береді.
1.2 Жоғары дауысты трансформатор изоляция технологиясының шексіздігі
SST-лердің негізгі артықшылығы - жоғары дауысты іске қосу арқылы өлшемдерді азайту. Бірақ, жоғары дауысты режимде изоляция материалдарының және электр жағы үлестірілуінің құбылысы өте күрделі болады. Напруга деңгейіне байланысты, жоғары дауысты трансформатор үшін изоляция дизайні, өндіріс процестері және термалдық басқару үшін өзін-өзі қатаң талаптар қойылады. Шекті ауданды ішінде ондық кВ деңгейіндегі жоғары дауысты изоляциясын жасау - материалдар мен дизайны үшін маңызды шексіздікті көрсетеді.
1.3 Система топологиясы мен басқаруының күрделілігі
Жоғары напруга деңгейін өңдеу үшін SST-тер көбінесе каскадты модульдік топологияларды (мысалы, MMC - модульдік көпті деңгейлі конвертер) қолданады. Напруга деңгейіне байланысты, қажетті модулдер саны артып, система құрылымы өте күрделі болады. Басқару қиындығы экспоненциально артып, құны және қатуы ықтималдығы да өседі.
2. Келесі перспективалар
Қатты зерттеулерге рақмет, технологиялық жаңартылар ұзақтықтан өтеді:
Құрылғылардың өсуі: Жоғары напруга деңгейінің SiC және галлий азотидінің (GaN) құрылғылары әзірленуде және жоғары напруга SST-терді жасау үшін негіз болып табылады.
Топологиялық жаңартылар: Жаңа схемалық топологиялар, мысалы, гибрид подходтар (кезектегі трансформаторлар мен энергетикалық электроникалық конвертерлерді біріктіру), жоғары напруга қолданыстарында тез жаңартыларға ыңғайлы жол болып саналады.
Стандарттау: IEEE сияқты ұйымдар SST-ге байланысты стандарттарды белсенді реттеу кезінде, бұл стандартталған дизайн және тесттерді ынталандырады, технологиялық даярлықты ынталандырады.
3. Пікір
Азықта, 10 кВ SST-тер коммерциялық қолданысқа кірді, ал 35 кВ деңгейі демонстрациялық проекттерде ең жоғары деңгейді қамтиды, 110 кВ және одан жоғары деңгейлер әлі жазылмаған техникалық зерттеулерде. Твердотельді трансформаторлардың напруга деңгейлерінің өсуі - бұл қадамды қадаммен жүргізу, ол энергетикалық полупроводниктер, материалдар ғылыми, басқару теориясы және термалдық басқару технологияларының координаттағы өсуіне байланысты.
