Bakit mahirap paigtingin ang lebel ng volt?
Ang solid-state transformer (SST), na kilala rin bilang power electronic transformer (PET), ay gumagamit ng antas ng voltaje bilang pangunahing indikador ng kanyang teknikal na katatagan at mga scenario ng aplikasyon. Sa kasalukuyan, ang mga SST ay nakaabot na sa antas ng voltaje na 10 kV at 35 kV sa gitnang-boltageng distribusyon, habang sa mataas na boltageng transmisyon, sila ay nasa yugto ng pagsasanay sa laboratoryo at pagpapatunay ng prototipo. Ang talahanayan sa ibaba ay malinaw na nagpapakita ng kasalukuyang kalagayan ng antas ng voltaje sa iba't ibang scenario ng aplikasyon:
| Scenario ng Aplikasyon | Antas ng Voltaje | Teknikal na Kalagayan | Tala at Mga Kaso |
| Data Center / Gusali | 10kV | Komersyal na Aplikasyon | Maraming matatag na produkto. Halimbawa, ang CGIC ay nagbigay ng 10kV/2.4MW SST para sa "East Digital and West Calculation" Gui'an Data Center. |
| Distribusyon Network / Park - level Demonstration | 10kV - 35kV | Proyekto ng Pagpapakita | Ilang mga lider na kompanya ay nagsimulang maglabas ng 35kV na prototipo at naglunsad ng grid-connected demonstration, na ito ang pinakamataas na antas ng voltaje na alam para sa engineering application hanggang ngayon. |
| Transmisyon Side ng Power System | > 110kV | Laboratory Principle Prototype | Ang mga unibersidad at instituto ng pananaliksik (tulad ng Tsinghua University, Global Energy Internet Research Institute) ay nagsimulang magbuo ng mga prototipo na may antas ng voltaje na 110kV at mas mataas pa, ngunit wala pang nakilalang mga proyektong komersyal hanggang ngayon. |
1. Bakit mahirap itaas ang antas ng voltaje?
Ang antas ng voltaje ng isang solid-state transformer (SST) ay hindi maaaring simpleng itaas sa pamamagitan ng pag-stack ng mga komponente; ito ay limitado ng serye ng pundamental na teknikal na hamon:
1.1 Limitasyon sa pagtitiis ng voltaje ng mga power semiconductor device
Ito ang core bottleneck. Sa kasalukuyan, ang mga mainstream na SST ay gumagamit ng silicon-based IGBTs o higit pang advanced na silicon carbide (SiC) MOSFETs.
Ang rating ng voltaje ng isang single SiC device ay karaniwang nasa 10 kV hanggang 15 kV. Upang makontrol ng mas mataas na system voltages (halimbawa, 35 kV), kailangan na i-series connection ang maraming device. Gayunpaman, ang series connection ay nagdudulot ng complex na "voltage balancing issues," kung saan kahit na maliit na pagkakaiba sa mga device ay maaaring magresulta sa voltage imbalance at pagkasira ng module.
1.2 Hamon sa high-frequency transformer insulation technology
Ang core advantage ng mga SST ay nasa pagbawas ng sukat sa pamamagitan ng high-frequency operation. Gayunpaman, sa ilalim ng mataas na frequency, ang performance ng mga insulating materials at electric field distribution ay naging napakakompleks. Ang mas mataas na antas ng voltaje, mas mahigpit ang mga requirement sa insulation design, manufacturing processes, at thermal management ng high-frequency transformer. Ang pagkamit ng tens of kV-level high-frequency insulation sa isang limitadong espasyo ay nagsisilbing isang malaking hamon sa mga materyales at disenyo.
1.3 Kompleksidad ng system topology at control
Upang makontrol ng mataas na voltages, ang mga SST ay karaniwang sumusunod sa cascaded modular topologies (halimbawa, MMC—Modular Multilevel Converter). Ang mas mataas na antas ng voltaje, mas marami ang kinakailangang sub-modules, na nagreresulta sa napakakompleks na sistema. Ang difficulty ng control ay tumataas ng exponential, at ang cost at failure rate ay tumaas din nang proporsyonal.
2. Kinabukasan
Bago man ang significant na hamon, patuloy ang mga teknikal na breakthrough:
Pag-unlad ng device: Ang mas mataas na rating ng voltaje ng SiC at gallium nitride (GaN) devices ay nasa proseso ng pag-unlad at ito ang pundasyon para sa pagkamit ng mas mataas na voltaje ng SST.
Innovasyon sa topology: Ang mga bagong circuit topologies, tulad ng hybrid approaches (na naglalabas ng conventional transformers at power electronic converters), ay itinuturing na viable na paraan para sa mabilis na breakthrough sa high-voltage applications.
Standardization: Habang ang mga organisasyon tulad ng IEE-Business ay nagsisimula na magtakda ng mga standard para sa SST, ito ay magpapromote ng standardized na disenyo at testing, at nagpapabilis ng teknikal na katatagan.
3. Paggunita
Sa kasalukuyan, ang 10 kV SSTs ay nasa komersyal na aplikasyon, at ang 35 kV level ay nasa pinakamataas na natamo sa mga proyekto ng pagpapakita, habang ang mga antas ng voltaje na 110 kV at mas mataas pa ay nasa realm ng forward-looking technical research. Ang pag-unlad ng antas ng voltaje ng solid-state transformer ay isang gradual na proseso na depende sa koordinadong pag-unlad ng mga power semiconductors, materials science, control theory, at thermal management technologies.
