Зошто е тешко да се зголеми нивото на напон?
Солидната трансформаторска система (SST), позната и како електронски трансформатор на напон (PET), користи нивото на напон како ключен индикатор за технолошката ја зреноста и сценариите за применување. Тековно, SST-тите достигнаа нива на напон од 10 кВ и 35 кВ на средното напон во распределбата, додека на високото напон во преносот остануваат во фазата на лабораториски истражувања и прототипски валидации. Таблицата подолу јасно илустрира тековното состојба на нивата на напон во различни сценарија за применување:
| Сценарий за применување | Ниво на напон | Техничко состојба | Белешки и случаеви |
| Центар за податоци / Зграда | 10кВ | Комерцијална применување | Постојат многу зрели производи. На пример, CGIC обезбеди 10кВ/2,4МВ SST за центарот за податоци „Исток Дигитален и Западен Пресметувач“ во Гуиан. |
| Распределбена мрежа / Парк - демонстрационен ниво | 10кВ - 35кВ | Демонстрационен проект | Некои водечки компании започнаа со 35кВ прототипи и провела ги демонстрации поврзани со мрежата, што е највисокото ниво на напон до сега познато за инженерско применување. |
| Преносна страна на системот за енергија | > 110кВ | Лабораториски принципен прототип | Универзитети и истражувачки институти (како Цингхуа Универзитет, Институт за глобална енергетска интернет мрежа) развијаа прототипи со ниво на напон од 110кВ и даже повисоко, но до сега не се пронајдени комерцијални проекти. |
1. Зошто е тешко да се зголеми нивото на напон?
Нивото на напон на солидната трансформаторска система (SST) не може едноставно да се зголеми со ставање на компоненти; тоа е ограничено со серија основни технички предизвици:
1.1 Ограничување на издржливоста на елементите за енергија
Ова е основниот бутлок. Тековно, главните SST-ови користат силикон-базирани IGBT-ови или по напредни карбид-силикон (SiC) MOSFET-ови.
Нивото на напон на еден SiC елемент типичено е околу 10 кВ до 15 кВ. За да се управува со повисоки системски напони (на пример, 35 кВ), мора да се поврзат неколку елементи во серија. Меѓутоа, серијската врска внесува комплексни „вопроси на баланс на напонот“, каде чак и малите разлики помеѓу елементите можат да доведат до дисбаланс на напонот и резултираат со модуларна недејствителност.
1.2 Предизвици во технологијата за изолација на високочестотен трансформатор
Основната предност на SST-тите е намалувањето на големината преку работа на висока честота. Меѓутоа, при високи честоти, перформансата на материјалите за изолација и распределбата на електричното поле стануваат екстремно комплексни. Колку повисоко е нивото на напон, толку строго се бара дизајнот на изолација, производствените процеси и термалното управување на високочестотниот трансформатор. Постизањето на децени на кВ-ниво на високочестотна изолација во ограничен простор претставува значителен предизвик во материјалите и дизајнот.
1.3 Комплексноста на системскиот топологија и контрола
За да се управува со високи напони, SST-тите типично ги применуваат каскадни модуларни топологии (на пример, MMC - Модуларен много-ниво конвертер). Колку повисоко е нивото на напон, толку повеќе се бараат под-модули, што доведува до екстремно комплексна системска структура. Тешкотијата во контролата се зголемуваат експоненцијално, а и цената и процентот на недејствителности се зголемуваат соодветно.
2. Будуща перспектива
Иако постојат значителни предизвици, технолошките промени продолжуваат:
Напредок на уредите: Се разработуваат SiC и GaN елементи со повисоки нива на напон, кои претставуваат основа за постигнување на SST-ти со повисок напон.
Иновации во топологијата: Нови кола топологији, како хибридни пристапи (комбинирање на конвенционални трансформатори со електронски конвертери на напон), се сметаат за вијабилен пат за брзи напредоци во високонапонски применувања.
Стандардизација: Како организации како IEEE почнуваат да ги формираат SST-сродните стандарди, тоа ќе го поттикне стандардизираното дизајнирање и тестирање, што ќе забрза технолошката зрелост.
3. Заклучок
Тековно, 10 кВ SST-тите влезеа во комерцијална применување, а 35 кВ ниво претставува највисокото достигнато во демонстрационни проекти, додека напони од 110 кВ и повисоко остануваат во областа на проспективни технички истражувања. Напредокот на нивото на напон на солидната трансформаторска система е постепен процес, кој зависи од координиран напредок во елементите за енергија, науката за материјали, теоријата за контрола и технологии за термално управување.
