Come un trasformatore a stato solido migliora l'efficienza della smart grid?

I trasformatori a stato solido (SST), noti anche come "trasformatori intelligenti", sono dispositivi elettrici moderni capaci di fornire un flusso di potenza bidirezionale. Integrano componenti semiconduttori ad alta potenza, circuiti di controllo e trasformatori convenzionali ad alta frequenza, offrendo funzioni multiple come la compensazione del potere reattivo e la soppressione degli armonici. Gli SST soddisfano una vasta gamma di esigenze applicative, dalla generazione distribuita ai locomotori di trazione, alle reti elettriche e ai sistemi di alimentazione industriale. Le loro applicazioni vanno oltre la conversione di tensione, permettendo transizioni fluide da AC a DC e da DC a AC. Tuttavia, la generazione distribuita è l'applicazione principale dei trasformatori a stato solido.

A differenza dei trasformatori tradizionali, i trasformatori a stato solido possono fornire un'uscita in corrente continua ai livelli di tensione richiesti. In un tipico SST, una tensione d'ingresso viene convertita in un segnale AC ad alta frequenza tramite un convertitore elettronico di potenza e poi alimentata al lato primario di un trasformatore ad alta frequenza. Sul lato secondario, il processo inverso viene eseguito per produrre le uscite desiderate in AC, DC o entrambe per il carico. Il trasferimento di potenza ad alta frequenza riduce significativamente il peso e le dimensioni del trasformatore.

Molti vantaggi dei trasformatori a stato solido derivano da questa riduzione delle dimensioni. Oggi, l'installazione di trasformatori convenzionali non è un compito semplice: considerazioni come il trasporto, la preparazione del sito, l'installazione e i costi di trasmissione aggiungono tutti al budget del progetto. In contrasto, i trasformatori a stato solido più piccoli e economici possono essere installati facilmente in piccole centrali solari o in contenitori di stoccaggio. La velocità di commutazione più rapida dei dispositivi a stato solido consente inoltre alle società di utilità di gestire meglio le molteplici fonti di energia che alimentano la rete, poiché possono essere dispiegati più trasformatori per controllare e affinare la qualità dell'energia.

Gli SST sono anche noti come Trasformatori Elettronici di Potenza (PET) o Trasformatori Elettronici di Alimentazione (EPT). Sono dispositivi intelligenti che utilizzano la tecnologia di conversione elettronica di potenza per realizzare la trasformazione del livello di tensione e la trasmissione di potenza.

Il loro principio fondamentale è illustrato come segue: prima, un segnale AC a frequenza di rete viene convertito in un'onda quadra ad alta frequenza da un convertitore elettronico di potenza. Il segnale viene trasmesso attraverso un trasformatore ad alta frequenza isolato, quindi convertito nuovamente in un segnale AC a frequenza di rete da un altro convertitore elettronico di potenza. L'intero processo è controllato regolando i dispositivi di commutazione elettronici di potenza tramite un controller.

Basandosi su questo principio di funzionamento, i vantaggi dei trasformatori a stato solido rispetto ai trasformatori tradizionali sono evidenti:

• L'uso di trasformatori ad alta frequenza invece di trasformatori a frequenza di rete riduce significativamente le dimensioni e il peso.

• Con un controllo appropriato, sul lato d'ingresso si può ottenere un fattore di potenza unitario, assorbire potenza reattiva dal lato del carico, bloccare le correnti armoniche, sopprimere la propagazione armonica bidirezionale e migliorare efficacemente la qualità dell'energia.

• Può eliminare l'impatto di sovratensioni o sottotensioni sul lato della sorgente sulla tensione del lato del carico, garantendo una tensione, una frequenza e una forma d'onda stabili sul lato del carico.

• Dispone di interfacce AC e DC, facilitando l'integrazione della rete con i sistemi di generazione distribuita e la connessione di carichi in corrente continua.

• Il controllo completamente digitale consente la facile raccolta dei dati della rete e la comunicazione di rete, permettendo il controllo del flusso di potenza. Può inoltre lavorare in coordinazione con i Sistemi di Trasmissione Alternata Flessibili (FACTS) per migliorare la stabilità e l'affidabilità della rete.

È chiaro che i trasformatori a stato solido sono più adatti a soddisfare i requisiti delle reti intelligenti e possono soddisfare in modo più efficace le esigenze personalizzate degli utenti per i sistemi di alimentazione.