Kako čvrsto stanje transformatora poboljšava učinkovitost pametne mreže

Cvrste stanje transformatori (SST), također poznati kao "pametni transformatori", su moderni električni uređaji sposobni pružati dvosmjerni tok snage. Oni integriraju visokosnažne poluprovodničke komponente, kontrole krugove i konvencionalne visokofrekventne transformatore, nudeći višestruke funkcije poput kompenzacije reaktivnog snaga i potiskivanja harmonika. SST-ovi ispunjavaju širok spektar potreba za primjenom, od raspodijeljene generacije do trakcijskih lokomotiva, mreža struje i industrijskih sustava snaga. Njihova primjena proširena je izvan pretvorbe napona, omogućujući gladov prijelaz s AC na DC i s DC na AC. Međutim, raspodijeljena generacija je glavna primjena čvrstih stanja transformatora.

U suprotnosti sa tradicionalnim transformatorima, čvrsti stanje transformatori mogu pružiti DC izlaz na potrebnim nivoima napona. U tipičnom SST-u, ulazni napon se pretvara u visokofrekventni AC signal putem pretvarača elektroničke snage, a zatim se prenosi na primarnu stranu visokofrekventnog transformatora. Na sekundarnoj strani, obrnuti proces se obavlja kako bi se producirali željeni AC, DC ili oba izlaza za opterećenje. Visokofrekventni prenos snage značajno smanjuje težinu i veličinu transformatora.

Mnogi prednosti čvrstih stanja transformatora proizlaze upravo iz toga smanjenja veličine. Danas, instalacija konvencionalnih transformatora nije jednostavna posao - razmatraju se troškovi transporta, priprema mjesta, instalacija i prenos, svi koji dodaju troškove projektu. Naprotiv, manji i ekonomičniji čvrsti stanje transformatori lako se mogu instalirati u malim solarne farmama ili spremnicima. Brže prebacivanje čvrstih stanja uređaja također omogućuje električnim društvima bolje upravljanje više izvora snage koje se prenose u mrežu, jer se više transformatora može implementirati za kontrolu i fino podešavanje kvalitete snage.

SST-ovi se također nazivaju Power Electronic Transformers (PET) ili Electronic Power Transformers (EPT). To su pametni uređaji koji koriste tehnologiju pretvorbe elektroničke snage kako bi postigli pretvorbu nivoa napona i prenos snage.

Njihov osnovni princip ilustriran je ovako: Prvo, signali AC frekvencije snage pretvoreni su u visokofrekventni kvadratni val putem pretvarača elektroničke snage. Signal se prenosi kroz visokofrekventni izolacijski transformator, a zatim se ponovno pretvara u signale AC frekvencije snage putem drugog pretvarača elektroničke snage. Cijeli taj proces kontrolira se prilagođavanjem elektroničkih prekidača putem kontrolera.

Na temelju ovog načina rada, prednosti čvrstih stanja transformatora nad tradicionalnim transformatorima su očite:

• Korištenje visokofrekventnih transformatora umjesto transformatora frekvencije snage značajno smanjuje veličinu i težinu.

• S odgovarajućom kontrolom, unaprijedna strana može dosegnuti jedinični faktor snage, apsorbirati reaktivni snaga s strane opterećenja, blokirati harmonijske struje, potisnuti dvosmjerno rasprostiranje harmonika i efektivno poboljšati kvalitetu snage.

• Može eliminirati utjecaj previsokog ili premaloga napona na strani izvora na napon strane opterećenja, osiguravajući stabilnu veličinu, frekvenciju i valni oblik napona strane opterećenja.

• Ima sučelja za AC i DC, olakšavajući integraciju mreže distribuiranih generacijskih sustava i povezivanje DC opterećenja.

• Potpuna digitalna kontrola omogućuje lako prikupljanje podataka mreže i mrežnu komunikaciju, omogućujući kontrolu toka snage. Također se može raditi u koordinaciji s Flexible AC Transmission Systems (FACTS) kako bi se poboljšala stabilnost i pouzdanost mreže.

Očito, čvrsti stanje transformatori bolje ispunjavaju zahtjeve pametnih mreža i mogu učinkovitije zadovoljiti personalizirane potrebe korisnika za sustavima snage.