Għal sahħta hu diffiċli li nżid il livell tal-volttagġ?

Il-solid state transformer (SST), konosci anke bħala power electronic transformer (PET), jistenna l-livell tal-voltàġġ kome l-indikatur prinċipali ta’ maturità teknika u scenariji tal-applikazzjoni. F’dak il-ħin, l-SSTs rsiġġew livelli tal-voltàġġ ta’ 10 kV u 35 kV fuq is-silġ tad-distribuzzjoni ta’ voltàġġ medju, waqt li fuq is-silġ tal-trasferiment tal-voltàġġ għoli, dawn qisu f’stadi ta’ riċerka tal-laboratorju u validazzjoni tal-prottotipu. It-tabella hawn taħt turi l-statu attwali tal-livelli tal-voltàġġ fl-aqqsar scenariji tal-applikazzjoni:

1. Perché hija diffikli li nziadu l-livell tal-voltàġġ?
Il-livell tal-voltàġġ tal-solid-state transformer (SST) ma jistax jiżdied biss milli jgħaddmu komponenti; hija mistennija minn serje ta’ sfidi tekniki fundamentali:

1.1 Limitazzjoni tal-tindif tal-voltàġġ tal-deviżi semikonducenti tal-elettirku

• Dan huwa l-kolbottolo kore. F’dak il-ħin, l-SSTs prinċipali jistgħu siġġu IGBTs bsiliku jew diodes transisturi (SiC) akbar avvanzati.

• Il-rating tal-voltàġġ ta’ deviż singolu SiC tipikament huwa ta’ 10 kV sa 15 kV. Biex jiġi gestjat voltàġġi sustem akbar (pereżempju, 35 kV), irid ikun jgħaddmu deviżi fil-serje. Imma, l-iktar tiegħu jgħaddmu komplikazzjonijiet "ta’ bilanġi tal-voltàġġ," fejn sirien difjerenzijiet minori bejn id-deviżi jistgħu jilġġu bilanġi tal-voltàġġ u jorbidu falliment tal-modulu.

1.2 Sfidi fit-teknika tal-insulazzjoni tal-transformator ta’ frequenza għoli

Il-vantaggju kore tal-SSTs jinkludi riduzzjoni fis-saġġ ta’ operazzjoni ta’ frequenza għoli. Imma, taħt frequenzijiet għoli, il-prestazzjoni tal-materiali tal-insulazzjoni u d-distribuzzjoni tal-kamp elettriku jistgħu jiġu estremament komplikati. Il-aktar għoli huwa l-livell tal-voltàġġ, il-misurati iktar stringenti għad-disinn, il-proċessi ta’ manifattura, u l-gestjoni termika tal-transformator ta’ frequenza għoli. L-abbord ta’ tens kV ta’ insulazzjoni ta’ frequenza għoli fi spazju limitat jirrapreżenta sfida signifikanti fit-materiali u d-disinn.

1.3 Komplikizzazzjoni tal-topologija tas-sistema u l-kontroll

Biex jiġi gestjat voltàġġi għoli, l-SSTs solitament jadoperaw topologiji modulari inkasrati (pereżempju, MMC—Modular Multilevel Converter). Il-aktar għoli huwa l-livell tal-voltàġġ, il-aktar huwa l-kumplu tal-struttura tas-sistema. L-komplikizzazzjoni tal-kontroll tiżdied esponenzjalment, u skont hawn il-kost u r-rata tal-falliment jżidu wkoll.

2. Prospettiva futura
Hija veru li hemm sfidi signifikanti, imma l-innovazzjoni teknika tsegwi:

• Avans tal-deviżi: Diodes transisturi (SiC) u nitru gallju (GaN) b’rating ta’ voltàġġ għoli huma qed jiġu sviluppati u jirrapreżentaw il-bażi għas-soddisfazzjoni ta’ SSTs b’voltàġġ għoli.

• Innovazzjoni topologika: Topologiji ċircuit nuovi, bħalallu approċċi ibħal (kombinazzjoni ta’ transformaturi konvenzjonali mal-konverturi semikonducenti tal-elettirku), huma kunsiderati bħala mod possibbli biex jagħmlu passi rapidi fit-talab tal-applikazzjoni ta’ voltàġġ għoli.

• Standardizzazzjoni: Bħal ma tibda organizzazzjonijiet bħal IEE-Business jistabillixxu standard relatati għall-SST, dan se jpromuvi disinn u testjar standardizzati, biex jiġi accelerata l-maturità teknika.

3. Konklussjoni
F’dak il-ħin, l-SSTs ta’ 10 kV daħlu fil-applikazzjoni kummerċjali, u l-livell ta’ 35 kV jirrapreżenta l-iktar għoli li sseħħet raggiungu fit-talab ta’ dimostrazzjoni, waqt li livelli tal-voltàġġ ta’ 110 kV u akbar qisu f’dak il-qasam ta’ riċerka teknika avantgardista. L-avans tal-livell tal-voltàġġ tal-transformaturi solid-state huwa proċess gradwali li jiddipendi mill-progres soġġġit bejn semikonducenti tal-elettirku, scienza tal-materiali, teorija tal-kontroll, u teknoloġiji tal-gestjoni termika.