چگونه یک ترانسفورماتور حالت جامد کارایی شبکه هوشمند را بهبود می‌بخشد

ترانسفورماتورهای حالت جامد (SST) که به عنوان "ترانسفورماتورهای هوشمند" نیز شناخته می‌شوند، دستگاه‌های الکتریکی مدرن هستند که قادر به ارائه جریان توان دوطرفه هستند. آنها مولفه‌های نیم‌رسانا با قدرت بالا، مدارهای کنترل و ترانسفورماتورهای سنتی با فرکانس بالا را یکپارچه می‌کنند و عملکردهای متعددی مانند جبران توان واکنشی و سرکوب هارمونیک ارائه می‌دهند. SSTها نیازهای گسترده‌ای از تولید توزیع شده تا لوکوموتیوهای برقی، شبکه‌های توزیع برق و سیستم‌های توان صنعتی را برآورده می‌کنند. کاربردهای آنها فراتر از تبدیل ولتاژ است و امکان انتقال نرم از AC به DC و از DC به AC را فراهم می‌کند. با این حال، تولید توزیع شده کاربرد اصلی ترانسفورماتورهای حالت جامد است.

با توجه به اینکه ترانسفورماتورهای سنتی تنها خروجی DC در سطوح ولتاژ مورد نیاز را ارائه می‌دهند، در یک SST معمولی، ولتاژ ورودی به سیگنال AC با فرکانس بالا توسط یک مبدل الکترونیکی توان تبدیل می‌شود و سپس به سمت اولیه یک ترانسفورماتور با فرکانس بالا تغذیه می‌شود. در سمت ثانویه، فرآیند معکوس انجام می‌شود تا خروجی مطلوب AC، DC یا هر دو برای بار تولید شود. انتقال توان با فرکانس بالا وزن و اندازه ترانسفورماتور را به طور قابل توجهی کاهش می‌دهد.

بسیاری از مزایای ترانسفورماتورهای حالت جامد از این کاهش اندازه ناشی می‌شود. امروزه نصب ترانسفورماتورهای سنتی کار ساده‌ای نیست—اعتباراتی مانند حمل و نقل، آماده‌سازی محل، نصب و هزینه‌های انتقال همه به بودجه پروژه اضافه می‌کنند. در مقابل، ترانسفورماتورهای حالت جامد کوچک‌تر و مقرون به صرفه‌تر می‌توانند به راحتی در مزارع خورشیدی کوچک یا ظروف ذخیره‌سازی نصب شوند. سرعت تبديل سریع‌تر دستگاه‌های حالت جامد نیز به شرکت‌های برق اجازه می‌دهد تا منابع چندگانه تغذیه‌کننده شبکه را بهتر مدیریت کنند، زیرا می‌توان ترانسفورماتورهای بیشتری را برای کنترل و تنظیم دقیق کیفیت توان به کار گرفت.

ترانسفورماتورهای حالت جامد همچنین به عنوان ترانسفورماتورهای الکترونیکی توان (PET) یا ترانسفورماتورهای توان الکترونیکی (EPT) شناخته می‌شوند. آنها دستگاه‌های هوشمند هستند که از فناوری تبدیل الکترونیکی توان برای دستیابی به تبدیل سطح ولتاژ و انتقال توان استفاده می‌کنند.

اصول اساسی آنها به شرح زیر است: ابتدا یک سیگنال AC با فرکانس توان به موج مربعی با فرکانس بالا توسط یک مبدل الکترونیکی توان تبدیل می‌شود. سیگنال از طریق یک ترانسفورماتور با فرکانس بالا انتقال می‌یابد و سپس توسط یک مبدل الکترونیکی توان دیگر به سیگنال AC با فرکانس توان تبدیل می‌شود. این فرآیند کامل تحت کنترل تنظیم دستگاه‌های تبديل الکترونیکی توان از طریق یک کنترل‌کننده انجام می‌شود.

بر اساس این اصول عملیاتی، مزایای ترانسفورماتورهای حالت جامد نسبت به ترانسفورماتورهای سنتی واضح است:

• استفاده از ترانسفورماتورهای با فرکانس بالا به جای ترانسفورماتورهای با فرکانس توان اندازه و وزن را به طور قابل توجهی کاهش می‌دهد.

• با کنترل مناسب، سمت ورودی می‌تواند عامل توان واحد را دستیابی کند، توان واکنشی از سمت بار را جذب کند، جریان‌های هارمونیک را مسدود کند، انتشار هارمونیک دوطرفه را سرکوب کند و به طور موثر کیفیت توان را بهبود بخشد.

• می‌تواند تأثیر ولتاژ بیش از حد یا کم از حد روی ولتاژ سمت منبع را حذف کند و ولتاژ، فرکانس و شکل موج سمت بار را ثابت نگه دارد.

• دارای رابط‌های AC و DC است که تسهیل یکپارچه‌سازی سیستم‌های تولید توزیع شده با شبکه و اتصال بارهای DC را فراهم می‌کند.

• کنترل کاملاً دیجیتال امکان جمع‌آوری داده‌های شبکه و ارتباط شبکه را آسان می‌کند و کنترل جریان توان را امکان‌پذیر می‌کند. همچنین می‌تواند با سیستم‌های انتقال AC انعطاف‌پذیر (FACTS) هماهنگ کار کند تا پایداری و قابلیت اطمینان شبکه را افزایش دهد.

به وضوح، ترانسفورماتورهای حالت جامد برای برآوردن نیازهای شبکه‌های هوشمند مناسب‌تر هستند و می‌توانند به طور موثرتر نیازهای شخصی‌سازی شده کاربران از سیستم‌های توان را برآورده کنند.